Ми знаємо, що деякі живі істоти мають здатність відрощувати свої втрачені кінцівки. Це не працює для нас, людей, але вчені зрозуміли, що за допомогою матеріалу, що використовується в космічній техніці, ми все ще можемо відновити втрачені або пошкоджені кістки.

речовина

Створено: 16 грудня 2019 18:35
Змінено: 17 грудня 2019 р., 17:44

Травми кісток дуже поширені. Згідно з опитуванням 2015 року, проведеним компанією NN Insurance, близько чверті мільйона людей отримують легкі або серйозні травми вдома, на роботі чи на дорогах протягом одного року. Найпоширенішими є порізані рани, про які згадали в першу чергу 40 відсотків опитаних, потім синці афікамеса з 31 відсотком, а потім 16 відсотків з переломом кисті, але частка також склала 7 відсотків, хто зламав ноги. Середній час загоєння одного перелому становить щонайменше шість тижнів, і до цього часу ми можемо навіть залишитися без роботи, що є значною втратою. Але є і більш серйозні проблеми з кістками, такі як видалення ракових тканин, які заживають ще довше і більше.

Однак сьогодні травми, що призводять до втрати кісткової тканини, не обов’язково також спричиняють незворотні пошкодження, оскільки кістка має тенденцію до швидкого відновлення за допомогою певної стимуляції. Це не означає, що відновлення кісток легко, але, на щастя, найлегші тверді речовини у світі можуть пришвидшити процес. Дослідники це зрозуміли гібридні аерогелі, виготовлені з декількох матеріалів, можуть використовуватися як ліси, зшивки при відростанні втраченої або пошкодженої кісткової тканини.

Просторова карта для росту кісток

Хоча рак кісток є відносно рідкісним захворюванням (на нього припадає менше одного відсотка всіх випадків пухлини), вони часто втрачають багато кісткової тканини і, в крайньому випадку, піддаються ампутації. Ракову ділянку слід вирізати разом із здоровим шматочком тканини, близьким до великого шматка, щоб переконатися, що рак не поширюється. Хоча цей метод ефективно усуває рак, стан, що залишився, може набагато відставати від того, що ми могли б сказати здоровим. Тож кісткову тканину слід відновити.

Нещодавнє дослідження використовувало гібридні аерогелі для відновлення втрачених тканин шляхом стимулювання регенерації кісток. Аерогелі - це в основному суміші твердих і газоподібних речовин. Цей стан створюється шляхом ретельного видалення рідини з матеріалу та заміни їх газом. Цей метод дозволяє зберегти початкову форму гелю замість висихання, щоб отримати твердий і компактний матеріал. Поєднуючи тверді та газоподібні матеріали, аерогелі будуть надзвичайно легкими та дуже пористими. І ці дві властивості роблять їх особливо придатними для того, щоб виступати в ролі просторової структури, опорного ешафоту, щоб служити практично як фізичний план маршруту, яким кістки, що розвиваються, можуть слідувати під час свого росту.

В даний час найпоширенішим методом регенерації кісток є або прищеплення нової кістки в область, що підлягає відновленню, або повільне розтягування цілющих кісток далі, щоб утворити додаткову тканину в проміжку. Однак ці методи є болючими, складними і дорогими. На щастя, кістковій тканині потрібен лише невеликий стимул для регенерації, наприклад, якийсь простий механічний тиск більшість часу вже запускає процес. Важко налаштуватися так, щоб нова кісткова тканина росла в правильному напрямку і протягом потрібної кількості часу, тобто не залишалася слабкою або розмножувалася, викликаючи занадто сильний біль.

Цього збалансованого зростання можна досягти за допомогою опорної конструкції, і тут в справу вступають гібридні аерогелі. Виготовлена ​​з них просторова структура розміщується в зоні відновлення кісток, де тканини можуть рости вздовж неї та контрольовано заповнювати відведений їм простір. Хороша підставка міцна, але не надто жорстка і триває лише доти, доки свіжа тканина розвивається і має достатньо пор для плетіння зростаючої кістки. Гібридні аерогелі - це справді чарівні матеріали, які відповідають цим вимогам, тому їх можна використовувати для повної відновлення кісткової тканини, пише журнал Massive Science.

Виняткова пристосованість

Що стосується матеріалів, ви можете вибрати серед широкого вибору риштування, від кераміки до металів і гідрогелів целюлози. Але що робить гібридні аерогелі кращими за інші стійки? По-перше, вони складаються з частини білків, які організм з часом може розщепити. Інший їх інгредієнт, діоксид кремнію, повільно розчиняється в ортокремнієвій кислоті, яка, як відомо, прискорює загоєння ран. Розмір пор можна регулювати під час виробничого процесу, що полегшує його використання для різних застосувань. Ці матеріали також перевірені як системи доставки ліків, що означає, що речовина може бути завантажена ліками або факторами росту перед використанням як опорна конструкція.

Кілька місяців тому у співпраці з дослідницькими лабораторіями в Ірані, Німеччині та Австрії народилася сировина, яку отримували змішуванням дуже міцного білка з дуже легким і пористим аерогелем. Білок - це шовковий фіброїн, речовина, що міститься в коконі шовкопряда, що надає міцність шовковим волокнам. Досить міцний, щоб зробити аерогель настільки жорстким, щоб сприяти росту кісток.

Створення матеріалу спочатку зазнало невдачі, оскільки він став занадто гідрофобним, і відбивати воду не годиться, оскільки 70 відсотків нашого тіла складається з неї. Натомість другий матеріал був занадто жорстким і сухим, а третій ніколи не розпався б у тілі. Нарешті, для четвертого експерименту був підготовлений ідеальний гібридний аерогель, яка вже любила воду (виявляла гідрофільні властивості), але не була надто жорсткою та біологічно розкладається.

Підготувавши матеріал, вони переконались, що цей аерогель жодним чином не шкодить клітинам людини. Несуча конструкція була піддана ряду випробувань і дійшла висновку, що абсолютно безпечний для використання людиною. Насправді клітини, здавалося, полюбили цю речовину спеціально. Коли гібридний аерогель поміщали в посудину, що містить кісткові клітини, кісткова тканина легко росла на її поверхні, а білки та мінерали, необхідні для росту кісток, відкладалися на ній.

В основному існує два типи загоєння переломів. В ідеалі відбувається первинне загоєння кісток. Це може статися, коли кінці руйнування не зміщуються або зміщені кінці руйнування належним чином замінюються, а щілина перелому закривається. Це те, що травматологія називає контактним зціленням. Якщо зазори залишаються більшими або більшими між кінцями перелому, клітинні елементи мігрують із навколишнього середовища у крововилив при переломі, а потім капілярні судини вростають в нього. Цей процес називається вторинним загоєнням кісток. У цьому випадку отримана рубцева тканина фіксує кінці перелому, вихідна структура кістки згодом диференціюється. Якщо тканинний відпочинок не завершений, зростаючі дрібні кровоносні судини можуть зсуватися, і щілина перелому буде заповнена бідною судинною сполучною тканиною, мозолем перелому. Деталі!

На третій фазі аерогель імплантували мишам і перевіряли, чи стимулює речовина регенерацію кісток. Дослідники спричинили подвійну травму кісток у двох груп мишей та імплантували новий матеріал особам з однієї групи. Вони побачили це через 25 днів імплантовані миші заживають швидше і краще, ніж необроблені особини. Аерогель не тільки дозволив новим кісткам рости, але і рости швидше, ніж зазвичай.

Ця можливість гібридного аерогелю ставить метод на перший план нових терапевтичних технологій. Дослідники зазначили, що було б дуже важливим, якби переломи кісток зажили за пару тижнів порівняно з принаймні шістьма тижнями. Або якщо хворий на рак кісток може готуватися до операції, знаючи, що хоча частина його ноги видаляється, втрачена тканина може легко відрости. Вважається, що гібридні аерогелі є біоматеріалами, які можуть втілити ці ідеї в реальність.