Nämä materiaalit voisivat merkittävästi parantaa luun korjaamisen laatua autograftin osalta verrattuna keraamisiin materiaaleihin, jotka ovat välttämättä makroporeisia, ja joiden resorptio on vaikeaa, mikä johtaa luun muodostumiseen, jolla on alhainen uudelleenmuokkausaste.

a) Dekalkifioidun ihmisen tiheän luun SEM-mikrografia alhaisella suurennoksella. Mittakaava: 50 µm.
b) Sama näyte korkealla suurennoksella. Mittakaava: 5 µm.
c) SEM-mikrografia synteettisestä kollageenipohjaisesta materiaalista, jossa on tiheä ja järjestäytynyt biomimeettinen rakenne (Col100). Mittakaava: 5 µm.
d) SEM-mikrografia järjestäytymättömästä kollageenikuituverkostosta, jossa on suuria välikuitualueita (Col40). Mittakaava: 2 µm.
Kuvassa (b) on esitetty viilun järjestäytyminen.
b) Sama näyte korkealla suurennoksella. Mittakaava: 5 µm.
c) SEM-mikrografia synteettisestä kollageenipohjaisesta materiaalista, jossa on tiheä ja järjestäytynyt biomimeettinen rakenne (Col100). Mittakaava: 5 µm.
d) SEM-mikrografia järjestäytymättömästä kollageenikuituverkostosta, jossa on suuria välikuitualueita (Col40). Mittakaava: 2 µm.
Kuvassa (b) on esitetty viilun järjestäytyminen.
Luukudos koostuu hybridi-orgaanisesta/inorgaanisesta matriisista, joka koostuu pääasiassa kollageeni-nimisen proteiinin fibrilleistä ja apatitti-nanohiukkasista (HA), jotka ovat kalsiumfosfaatin stabiilein kiteinen vaihe. Juuri tämä ainutlaatuinen koostumus antaa luulle sen mekaaniset ominaisuudet.
Luu on merkittävä kudos, jolla on vaikuttava itsekorjauskyky. Kuitenkin suurten vaurioiden tapauksessa tämä synnynnäinen regeneraatio-ominaisuus on usein riittämätön. Perinteiset luun korjausmenetelmät perustuvat autologisten luusiirteiden käyttöön, eli siirteisiin, joissa luovuttaja ja vastaanottaja ovat sama henkilö. Nämä siirteet ovat erittäin tehokkaita biologisten ominaisuuksiensa ansiosta, jotka takaavat siirteen hyväksymisen, hyvän luun kasvun ja vakiintuneen verisuoniverkoston.
Kuitenkin autologisilla luusiirteillä on joitakin rajoituksia, kuten tietty morbiditeetti luovutuspaikassa ja riittävän luumäärän saatavuus keräykseen. Siksi tutkimus on suuntautunut vaihtoehtoisten luusiirteiden kehittämiseen, jotka voivat tehokkaasti tukea kudosten regeneraatioita.
Keraamit ja erityisesti biokeraamit, mineraalipohjaiset materiaalit, ovat laajasti käytössä kliinisessä käytännössä luukudoksen korjaamisessa. Vaikka niillä on optimaaliset mekaaniset ominaisuudet (jäykkyys), niiden resorptio elimistössä on edelleen parannettavissa, erityisesti koska orgaanisen matriisin tarjoamat ominaisuudet puuttuvat (video).
Tässä yhteydessä Pariisin tiivistetyssä aineen kemian laboratoriossa (CNRS/Sorbonne Université) tutkijat, yhteistyössä sairaala-yliopistokäytännön (Université Paris Cité, Université Paris Nord, Hôpital Bichat, INSERM), eläinlääkärien (IMM) ja akateemisten asiantuntijoiden (ENS Lyon) kanssa, ovat kehittäneet biomimeettisesti itsekoottuja materiaaleja, jotka hallitsevat kollageenin ja apatitin tarkkaa järjestelyä. He saavat aikaan rakenteen, joka on lähempänä luonnollista luuta kuin mikään markkinoilla oleva biomateriaali.
Analyysitekniikoiden, kuten histopatologian, tietokonetomografian, laajakulmaisen röntgensäteiden diffraktion, mikroindentoinnin ja elektronimikroskopian, sarja on otettu käyttöön näiden uusien materiaalien biologisten, mekaanisten ja rakenteellisten ominaisuuksien arvioimiseksi. Tulokset osoittavat niiden kyvyn parantaa merkittävästi luun korjaamisen laatua verrattuna keraameihin.
Nämä biomimeettiset materiaalit edistävät paitsi solukolonisaatiota myös mahdollistavat luonnollisten resorptio- ja uudelleenmuokkausprosessien kehittymisen, mikä johtaa nopeampaan ja täydellisempään paranemiseen. Lisäksi nämä tulokset osoittavat ensimmäistä kertaa, että luun matriisin rakenteelliset mallit voivat vaikuttaa sen suorituskykyyn siirteenä.
Nämä tutkimukset, jotka on julkaistu lehdessä Nature, avaavat uusia mahdollisuuksia kilpailukykyisten biomateriaalien kehittämiseen luun korjaamiseen ja regeneraatioon, mutta myös merkityksellisten mallien luomiseen, jotka parantavat perustavanlaatuista ymmärrystämme luun biomineralisaatiosta.
Toimittaja: CCdM
Viite
Marc Robin, Elodie Mouloungui, Gabriel Castillo Dali, Yan Wang, Jean-Louis Saffar, Graciela Pavon-Djavid, Thibaut Divoux, Sébastien Manneville, Luc Behr, Delphine Cardi, Laurence Choudat, Marie-Madeleine Giraud-Guille, Anne Meddahi-Pellé, Fannie Baudimont, Marie-Laure Colombier & Nadine Nassif.Mineralisoitu kollageeniviilu parantaa luun autograftin suorituskykyä
Nature 2024
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08208-z