Noul super material: osul poate crește din nou

Știm că unele viețuitoare au capacitatea de a-și recăpăta membrele pierdute. Nu funcționează pentru noi, oamenii, dar oamenii de știință și-au dat seama că, cu un material folosit în tehnologia spațială, putem totuși să ne regenerăm oasele pierdute sau deteriorate.

Creat: 16 decembrie 2019 18:35
Modificat: 17 decembrie 2019 17:44

Leziunile osoase sunt foarte frecvente. Potrivit unui sondaj realizat în 2015 de NN Insurance, aproximativ un sfert de milion de persoane suferă răni minore sau majore acasă, la locul de muncă sau pe drumuri într-un an. Cele mai frecvente sunt rănile tăiate, pe care 40% dintre cei chestionați au menționat-o în primul rând, urmată de vânătaie aficamés cu 31% în al doilea și apoi 16% cu o fractură de mână, dar proporția a fost, de asemenea, de 7% care și-au rupt picioarele. Timpul mediu de vindecare pentru o singură fractură este de cel puțin șase săptămâni, și până în acest moment este posibil să rămânem fără muncă, ceea ce reprezintă o pierdere semnificativă. Există însă și probleme osoase mai grave, cum ar fi îndepărtarea țesutului canceros, care durează și mai mult și este mai dificil de vindecat.

Astăzi, însă, leziunile care duc la pierderea osoasă nu cauzează neapărat leziuni ireversibile, deoarece osul tinde să se regenereze rapid cu o anumită stimulare. Asta nu înseamnă că recuperarea osoasă este ușoară, dar, din fericire, cele mai ușoare solide din lume pot accelera procesul. Cercetătorii au realizat asta aerogelurile hibride realizate din mai multe materiale pot fi utilizate ca schele, legături încrucișate în regresul țesutului osos pierdut sau deteriorat.

Harta spațială pentru creșterea oaselor

Deși cancerul osos este o boală relativ rară (reprezentând mai puțin de 1% din toate cazurile tumorale), de multe ori pierd mult țesut osos și, în cazuri extreme, suferă amputare. Zona canceroasă trebuie excizată împreună cu o bucată de țesut sănătoasă, aproape de o bucată mare, pentru a vă asigura că cancerul nu se răspândește. Deși această metodă elimină în mod eficient cancerul, starea rămasă poate fi departe de ceea ce am putea spune că este sănătos. Deci țesutul osos ar trebui recâștigat.

Un studiu recent a folosit aerogeluri hibride pentru a repara țesutul pierdut prin stimularea regenerării osoase. Aerogelurile sunt practic amestecuri de substanțe solide și gazoase. Această condiție este creată prin îndepărtarea cu atenție a lichidelor din material și înlocuirea acestora cu gaz. Această metodă permite păstrarea formei originale a gelului în loc de uscare pentru a da un material dur și compact. Combinând materiale solide și gazoase, aerogelurile vor fi extrem de ușoare și foarte poroase. Și aceste două proprietăți le fac deosebit de potrivite pentru a acționa ca o structură spațială, o schelă de sprijin, pentru a servi practic ca un plan de traseu fizic pe care oasele în curs de dezvoltare îl pot urma în timpul creșterii lor.

În prezent, cea mai obișnuită metodă de regenerare osoasă este fie inocularea osului nou în zona care urmează să fie restaurată, fie îndepărtarea lentă a oaselor vindecătoare mai departe pentru a forma țesut suplimentar în gol. Cu toate acestea, aceste metode sunt dureroase, complicate și costisitoare. Din fericire, țesutul osos are nevoie doar de un stimul mic pentru regenerare, de exemplu, o presiune mecanică simplă începe deja procesul de cele mai multe ori. Este dificil să setați noul țesut osos să crească în direcția corectă și pentru timpul potrivit, adică să nu rămână slab sau să prolifereze provocând prea multă durere.

Această creștere echilibrată poate fi realizată cu ajutorul unei structuri de susținere și aici intervin aerogelurile hibride. Structura spațială realizată din acestea este plasată în zona de reparare a oaselor, unde țesuturile pot crește de-a lungul ei și pot umple spațiul alocat lor într-un mod controlat. Un suport bun este puternic, dar nu prea rigid și durează atât timp cât se dezvoltă țesut proaspăt și are suficienți pori pentru a permite țesutul osului în creștere. Aerogelurile hibride sunt materiale cu adevărat magice care îndeplinesc aceste cerințe, astfel încât pot fi utilizate pentru a reconstrui complet țesutul osos, scrie revista Massive Science.

Adaptabilitate excepțională

În ceea ce privește materialele, puteți alege dintr-o mare varietate de schele, de la ceramică la metale până la hidrogeluri de celuloză. Totuși, ce face aerogelurile hibride mai bune decât alte rafturi? În primul rând, acestea sunt alcătuite în parte din proteine pe care organismul le poate descompune în cele din urmă. Celălalt ingredient al lor, silice, se dizolvă încet în acid ortosilicic, despre care se știe că accelerează vindecarea rănilor. Mărimea porilor săi poate fi controlată în timpul procesului de fabricație, făcându-l mai ușor de utilizat pentru o varietate de aplicații. Aceste materiale sunt, de asemenea, testate ca sisteme de livrare a medicamentelor, ceea ce înseamnă că substanța poate fi încărcată cu medicamente sau factori de creștere înainte de a fi utilizată ca structură de susținere.

Acum câteva luni, în colaborare cu laboratoarele de cercetare din Iran, Germania și Austria, s-a născut o materie primă, care a fost obținută prin amestecarea unei proteine foarte puternice cu un aerogel foarte ușor și poros. Proteina este fibroina de mătase, o substanță care se găsește în coconul unui vierme de mătase care conferă rezistență fibrelor de mătase. Suficient de puternic pentru a face aerogelul atât de rigid pentru a favoriza creșterea osoasă.

Creația materialului a eșuat la început, deoarece a devenit prea hidrofobă și nu este bine dacă respinge apa, deoarece 70% din corpul nostru o are și ea. Al doilea material, pe de altă parte, era prea rigid și uscat, iar al treilea nu s-ar fi rupt niciodată în corp. In cele din urma, pentru al patrulea experiment, a fost pregătit un aerogel hibrid perfect, care iubea deja apa (prezenta proprietăți hidrofile), dar nu era prea rigidă și biodegradabilă.

După pregătirea materialului, au fost convinși că acest aerogel nu este în nici un fel dăunător celulelor umane. Structura de sprijin a fost supusă unei serii de teste și a ajuns la concluzia că perfect sigur pentru uz uman. De fapt, celulele păreau să iubească substanța în mod specific. Când aerogelul hibrid a fost plasat într-un vas care conține celule osoase, țesutul osos a crescut cu ușurință pe suprafața sa și proteinele și mineralele necesare creșterii osoase au fost depuse pe el.

Există practic două tipuri de vindecare a fracturilor osoase. În mod ideal, are loc vindecarea primară a oaselor. Acest lucru poate apărea atunci când capetele fracturii nu s-au mișcat sau capetele fracturii deplasate au fost înlocuite corespunzător și spațiul fracturii este închis. Aceasta este ceea ce traumatologia numește vindecarea prin contact. Dacă golurile rămân mai mari sau mai mari între capetele fracturii, elementele celulare migrează din mediu în hemoragia fracturii și apoi vasele capilare cresc în ea. Acest proces se numește vindecare osoasă secundară. În acest caz, țesutul cicatricial rezultat fixează capetele fracturii, structura osoasă originală fiind diferențiată ulterior. Dacă odihna țesutului nu este completă, vasele de sânge mici în creștere se pot tunde, iar decalajul fracturii va fi umplut cu țesut conjunctiv vascular sărac, calusul fracturii. Detalii!

În a treia fază, aerogelul a fost implantat la șoareci și a fost verificat pentru a vedea dacă substanța a stimulat regenerarea osoasă. Cercetătorii au cauzat leziuni osoase duble la două grupuri de șoareci și au implantat noul material la indivizi dintr-un grup. Am fost văzut 25 de zile mai târziu șoarecii implantați se recuperează mai repede și mai bine decât persoanele netratate. Aerogelul nu numai că a permis să crească oase noi, ci și să crească mai repede decât în mod normal.

Această capacitate a aerogelului hibrid pune metoda în fruntea noilor tehnologii terapeutice. Cercetătorii au subliniat că ar fi de o mare semnificație dacă fracturile de acnee se vindecă în câteva săptămâni, comparativ cu cel puțin șase săptămâni. Sau dacă un pacient cu cancer osos s-ar putea pregăti pentru intervenție chirurgicală, știind că, deși o parte a piciorului este îndepărtată, țesutul pierdut poate fi cu ușurință regres. Se crede că aerogelurile hibride sunt biomaterialele care pot face aceste idei o realitate.