Lazerle Üretilen Kemik Greftleri Kemik İyileşmesini Dönüştürebilir

ETH Zürih'ten bir mühendis ekibi, kemik greftleri oluşturmanın daha verimli ve pratik bir yolunu ortaya koydu. Yaklaşımları, daha hızlı sonuç almak için yeni malzemeler ve lazer baskı kullanıyor. kurtarma Daha az riskle. İşte bilmeniz gerekenler.

Kemik kırıklarının artmasının nedenleri

Hayatınızda en az bir kez kemik kırığı geçirmiş birini tanımış olmanız muhtemeldir. Bu deneyimler çocukluk kazalarından büyük travmalara kadar değişebilir, ancak kemiğin iyileşmesini sağlamak için hepsinde tıbbi müdahale gereklidir. iyileştirir uygun şekilde.

Ne yazık ki, kemik kırığı vakalarının sayısı dünya genelinde sürekli artmaktadır. Bu artış, yaşlanan "baby boomer" kuşağı nüfusunu yansıtmaktadır. Raporlar bunu doğrulamaktadır. Uluslararası Osteoporoz Vakfı (IOF) Geçen yıl yaşlılar arasında 37 milyondan fazla kırılgan kırık vakasının kaydedildiğini ve yaşlanan nüfusla birlikte bu eğilimin devam edeceğinin tahmin edildiğini gösteriyor.

Kemiklerin Doğal Yollarla İyileşmesi

İnsan vücudu inanılmazdır ve kırıkları ve hafif çatlakları kendi kendine iyileştirebilir. Bu yeteneğinin bir parçası olarak, öncelikle hasarlı bölgeye çeşitli yumuşak doku hücreleri gönderir. Bu geçici hücreler iskele görevi görerek yeni kemik büyümesinin şekillenmesine ve sonunda sertleşmesine olanak tanır.

Bu başarının bir kısmı, kemiğinizde bulunan mikroskobik geçitlerin ve boşlukların eşsiz karışımından kaynaklanmaktadır. Etkileyici bir şekilde, raporlar, çeyrekten daha küçük bir kemik parçasının içinden 54 kilometreden fazla mikroskobik tünelin geçebileceğini göstermektedir.

Kemik Kırıkları Cerrahi Müdahale Gerektirdiğinde

Bazı durumlarda kırık o kadar şiddetlidir ki, insan vücudu sağlık uzmanlarının ek yardımı olmadan yarayı iyileştiremez. Özellikle, şiddetli açık kırıklar, metal pimler ve implantlar aracılığıyla yerinde tutulan bir protez gerektirir.

Ayrıca, tümörlerin çıkarılması kemiğin bir kısmının eksik kalmasına neden olabilir. Doktorlar, kemiği düzgün bir şekilde yerine oturtmak için bu eksik kemik parçasını doldurmalıdır. Bazı durumlarda, hastadan alınan kemik kullanılarak bir greft yapılır.

Otogreftler

Otogreftler, sağlık profesyonellerinin bu durumla başa çıkmak için kullandığı en popüler yöntemdir. Otogreftler birçok farklı şekilde olabilir; en yaygın olanları hastanın kendi kemiğinden alınan doku, seramik veya metal seçenekleridir.

Otogreftlerle İlgili Sorunlar

Otojen kemik greftleri iyileşme sürecini iyileştirebilir, ancak kendi sorunları da vardır. Örneğin, greft oluşturmak için kullanılacak kemik dokusunu sabitlemek amacıyla ek bir ameliyat gereklidir. Bu adım, maliyet ve riskleri artırmanın yanı sıra zaman gecikmelerine ve ek uzmanlara ihtiyaç duyulmasına neden olur.

ETH Zürih'in Lazer Baskılı Kemik Grefti Alanındaki Çığır Açan Gelişmesi

Bilimsel makale “Suda çözünebilen bir PVA makrotiyol, 400 mm s−1”¹ hızında hücre etkileşimli hidrojel yapılarının iki fotonlu mikroüretimini mümkün kılıyor. Advanced Materials dergisinde yayınlanan makale, sağlık hizmetlerinde gelecekte devrim yaratma potansiyeline sahip tamamen yeni bir yaklaşımı vurguluyor.

2PP Mikrofabrikasyon

Ekip, daha iyi ve daha istikrarlı greftler oluşturma görevini başarmak için, "şu yöntem" olarak bilinen bir yönteme yöneldi: İki foton polimerizasyonu (2PP)Başlangıçta doku mühendisliği ve ilaç geliştirme alanlarında kullanılan doğrudan lazerle yazma tekniği olarak geliştirilen bu yöntem, femtosaniye lazer darbelerine dayanmaktadır.

Bu minik yüksek yoğunluklu lazerler, özel ışığa duyarlı malzemeleri sertleştirmek için kullanılır. Bu yaklaşımın avantajı, mühendislerin (alt) mikron ölçekli çözünürlükte yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu mimariler geliştirmelerine olanak sağlamasıdır. ETH Zürih'te Biyomalzeme Mühendisliği Profesörü Xiao-Hua Qin ve ekibinin dikkatini çeken de bu son özelliktir.

Yeni bir hidrojel gerekiyordu.

Taklit etmek hücre dışı matris (ECM) Bir insan vücudunun fotokimyasal reaksiyonunu gerçekleştirmek kolay bir iş değildir; geleneksel 2PP stratejilerinde bulunmayan eşsiz bir karmaşıklık seviyesi gerektirir. Çift fotonlu lazer kullanımının, fotokimyasal reaksiyonun tam olarak tek bir alana odaklanmasını sağladığını ve geçmişteki tek lazer yaklaşımlarına kıyasla çok daha fazla kontrol imkanı sunduğunu belirttiler.

Ancak jel, şekil alacak kadar sert veya yerinde kalacak kadar reaktif değildi. Bu sorunları gidermek için ekip, yeni bir hidrojel oluşturmaya odaklandı.

Özellikle, 2PP üretiminin mevcut biçimi, (met)akrilatlı proteinler içeren hidrojelleri kullanmaktadır. Ditiyotreitol gibi ticari suda çözünebilen tiyol çapraz bağlayıcılar yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu proteinler, kemik büyümesini desteklemek için gerekli olan güçlü çapraz bağlama mekanizmalarından yoksundur.

Kaynak - ETH Zürih

Bu malzeme insan kemiği için gereken karmaşıklık seviyesini destekleyemiyor ve bu malzemeyi kullanmaya çalıştıklarında çok sayıda yapısal kusur kaydettiler. Geleneksel olarak, daha yüksek polimer konsantrasyonları eklemek bir seçenek olurdu, ancak ekip bu adımdan vazgeçti.

PVA Tiyol Çapraz Bağlayıcı (PVASH)

Mühendisler, hedeflerine ulaşmak için tamamen yeni bir hidrojeli geliştirmenin en iyisi olduğuna karar verdiler. Suda çözünebilen, polivinil alkol makromoleküler tiyol çapraz bağlayıcı (PVASH) hidrojeli, kararlı ve müdahale gerektirmeyen yapısını korumak için özel moleküller kullanır.

Özellikle, ekip işlemin ilk aşamasında PVASH'ı norbornenle işlevselleştirilmiş PVA (nPVA) ile karıştırdı. Bir sonraki adımda ise lazer işleminin doğru şekilde çalışmasını sağlamak için foto başlatıcılar eklendi.

Bu yaklaşımın temel değişikliği, birden fazla reaktif grubun eklenmesidir. Bu strateji, lazer ışınımı jel ile temas ettiğinde jelin daha hızlı ve daha kapsamlı bir şekilde sertleşmesini sağlar. Ayrıca geliştiricilerin, polimer zincirini bağlamak için bir molekülü, ışık reaksiyonunu sağlamak için ise diğerini kullanmalarına olanak tanımıştır.

Lazer Baskılı

Lazer baskı teknolojisinin kullanımı, mühendislerin genellikle 500 nanometre genişliğinde detaylara sahip doğal kemik yapıları elde etmelerini sağlayan önemli bir avantajdır. Özellikle, ekip bu görev için 20 mW'lık bir lazer entegre etti.

Bu mikroskobik yetenek, kemik yapılarının doğal boşluklara ve yollara sahip olmasını sağlar. Ayrıca, bu tasarımlar önceden programlanabilir ve etkileyici bir şekilde saniyede 400 milimetre hızla uygulanabilir. Bu hız, yeni bir dünya rekorunu temsil ederken, aynı zamanda hasta iyileşmesini hızlandırma açısından bu gelişmenin önemini de ortaya koymaktadır.

Mikro İskeleler

Bu malzemenin, insan kemiğinin karmaşıklığını hücrelerin geleneksel iyileşme sürecine gecikmeden başlamasına yetecek kadar taklit edebildiği görülüyor. Dahası, kilometrelerce uzanan mikroskobik tüneller ve geçitler, sağlıklı hücre büyümesini çekmek ve desteklemek için mükemmel miktarda yapışma sağlıyor.

Lazerle Yazdırılan Kemik İskeletlerinin Laboratuvar Testleri

Bilim insanları, teorilerinin gerçek dünya koşullarında geçerli olup olmadığını görmek için çeşitli laboratuvar testleri yaptılar. Özellikle, mühendisler, test tüpü çalışmalarının hızlı hücre büyümesini gösterdiğini görmekten çok memnun oldular.

Özellikle, hidrojeller özel bir biçimde basıldı ve birkaç gün içinde vücut, kemik büyümesindeki en önemli adımlardan biri olan kolajen üretmeye başladı. Mühendisler ayrıca bu süre zarfında polimerin vücutta nasıl parçalandığını da kaydettiler ve bunun tamamen zararsız olduğunu belirttiler.

Daha sonra hidrojellerini ve tiyol-en çapraz bağlama moleküllerini değerlendirmek için biraz zaman harcadılar. Performanslarının beklentileri aştığını ve diğer yöntemlere göre daha kısa sürede hasarlı dokuda güçlü ve doğal bir onarım sağladığını belirttiler.

Lazer Baskılı Kemik Greftlerinin Test Sonuçları

Test sonuçları, bu çalışmanın sağlık sektörü için ne kadar önemli olduğunu vurguluyor. Bilim insanları, sürecin her aşamasında büyük bir iyileşme kaydetmeyi başardılar. Greftin şekillendirilmesinden, hücrelerin yerleşmesine ve son olarak iskelenin biyolojik olarak parçalanmasına kadar, araştırmacıların çalışmaları doğru çıktı ve doğal olarak oluşanlara tıpatıp benzeyen iyileşmiş kemik hücreleri oluşturdu.

Lazer Baskılı Kemik Greftlerinin Avantajları

Bu yeni hidrojelin sunduğu birçok avantaj var. Birincisi, yapı ve yerleştirme açısından daha fazla esneklik sağlıyor. Geleneksel hidrojellerin kalıplanabilirliği yoktur. Ek bağlayıcı moleküllerin eklenmesi, çok daha fazla stabilite yaratarak, bireyin kişisel ihtiyaçlarına göre doğrudan kalıplama imkanı sağlıyor.

Kaydırma hareketiyle aşağı kaydırın →

Vefa

Göz ardı edilemeyecek bir diğer önemli avantaj ise bu yaklaşımın sağladığı artırılmış doğruluktur. Yeni PVASH bazlı hidrojeller, mühendislere mikroskobik düzeyde tasarım ve yapının genel karmaşıklığı açısından daha fazla seçenek sunmaktadır.

Daha İyi Hasta Yanıtı

Bilim insanları henüz sadece laboratuvar denemeleri yapmış olsalar da, yeni strateji kullanılarak gerçekleştirilen iyileşme sürecinde şişmenin çok daha az olduğunu gözlemlediler. Şişliğin azalmasının nedeni, hidrojelin biyolojik olarak uyumlu olması ve metal veya seramik seçeneklerine kıyasla vücut hücreleri tarafından daha kolay kabul edilmesidir.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Zaman Çizelgesi:

Bu keşfin gerçek dünyadaki uygulamaları birçok sektöre yayılabilir. Örneğin, kırık kemiklerin tedavisi gören hastalar için maliyetleri ve iyileşme süresini azaltmaya yardımcı olabileceği sağlık sektöründe bariz bir kullanım alanı bulunmaktadır.

Protez

Bu teknoloji, nihayetinde vücut parçalarının yerini alan protezlerden ziyade, gerçek vücut parçaları gibi görünen ve hissettiren daha gerçekçi protezler oluşturmak için kullanılabilir. İdeal bir senaryoda, bu teknoloji temeli oluşturabilir ve hücre büyümesinin geri kalanını halletmesini sağlayabilir.

Robotik

Robotik pazarı da bu teknolojiyi daha güçlü biyomekanik tasarımlar oluşturmak için kullanabilir. Bu üniteler, gelecekte daha verimli ve yetenekli makineler oluşturmak için canlı hücreler ve yapıların yanı sıra mekanik cihazların bir kombinasyonundan yararlanabilir.

Tarihçesi

Bu teknolojinin insan kullanımı için yeterince olgunlaşması en az on yıl sürebilir. Araştırmalar hala başlangıç ​​aşamasında ve şu ana kadar elde edilen birçok başarıya rağmen, bu teknolojinin yaygınlaşmasından önce aşılması gereken birçok bilimsel ve düzenleyici engel bulunmaktadır.

Lazer Baskılı Kemik Greftleri Araştırmacıları

ETH Zürih'ten araştırmacılar öncülük etti. Lazer Baskılı Kemik Greftleri Çalışma. Makalede Xiao-Hua Qin ve Ralph Müller baş yazar olarak listeleniyor. Wanwan Qiu, Margherita Bernero, Muja Emilie Ye, Xianjun Yang ve Philipp Fisch'ten destek aldılar.

gelecek

Lazerle basılan kemik greftlerinin geleceği henüz belli değil. Teknoloji mantıklı ve büyük umut vaat ediyor. Ancak, insan denemeleri de dahil olmak üzere, tamamlanması gereken çok daha fazla test var.

Bir sonraki adım hayvan deneylerine geçmek olacak. Bilim insanları şimdiden stratejik bir ortaklık duyurdular. AO Araştırma Enstitüsü Davos Bu, geliştirmenin bir sonraki aşamasını kolaylaştırmak içindir. Bu testin sonuçlarına bağlı olarak, araştırma insan hastalar üzerinde yapılmaya başlanacaktır.

Sağlık Teknolojisi İnovasyonuna Yatırım

Sağlık teknolojisi sektöründe inovasyona öncülük etmeye devam eden birçok şirket var. Bu firmalar, bu kritik soruna çözüm bulmak için alışılmışın dışında düşünme isteğini göstermişlerdir. İşte bu pazarda öncü konumda olan ve tanınmaya değer bir şirket.

Xtant Tıbbi Holding

Xtant Medical Holdings, 90'lı yılların başında Montana Eyalet Üniversitesi'ndeki bir laboratuvarda Bacterin International adıyla kuruldu. Projenin amacı, rejeneratif tıp implantlarına odaklanarak daha iyi tıbbi uygulamalar üzerine araştırma yapmaktı.

Xtant Medical Holdings 2000 yılında yeniden markalaştı ve 2006 yılında cerrahi implant serisini piyasaya sürdü. Bu ürünler büyük ilgi gördü ve şirket 2013 yılında başarılı bir halka arz gerçekleştirdi. Aynı zamanda, şirket 2016 yılında X-spine gibi diğer rejeneratif kemik araştırma şirketlerini de satın almaya başladı.

2020 yılında Xtant, dikkatini omurga rekonstrüksiyonuna yöneltti. Bu stratejinin bir parçası olarak, satın almalar yapmaya ve stratejik ortaklıklar kurmaya devam etti. O zamandan beri şirket, diğer rejeneratif kemik bilimleri alanlarına da genişledi.

Günümüzde Xtant, dünyanın önde gelen ortobiyolojik şirketlerinden biri olarak kabul ediliyor. Firma, hasta sonuçlarını iyileştirmek için tasarlanmış çeşitli ürünlere sahip ve daha verimli seçenekler yaratmaya yatırım yapmaya devam ediyor. Saygın bir medikal teknoloji firması arayanlar, Xtant'ın sunduğu ürünler hakkında daha fazla araştırma yapmalıdır.

Xtant Medical Holdings (XTNT) Hakkında Son Haberler ve Performans

Lazer Baskılı Kemik Greftleri Sonucu

Kemik yaralanmaları gibi zorlu rahatsızlıklardan muzdarip hastalar için daha iyi bir çözüm bulma yönündeki güçlü çabayı anlamak kolaydır. belkemiği Travma. Nüfus yaşlanıyor ve bu tür yaralanmalar gelecekte daha yaygın hale gelecek. Bu nedenle, bu çalışma daha hızlı ve daha güvenilir iyileştirme stratejilerinin temelini oluşturabilir.

Sağlık teknolojisi sektöründeki diğer ilgi çekici gelişmeleri öğrenin. okuyun.

Referanslar

^{1. Qiu, W., Bernero, M., Ye, ME, Yang, X., Fisch, P., Müller, R., & Qin, XH Suda Çözünebilir Bir PVA Makrotiyol, 400 mm s−1 Hızında Hücre Etkileşimli Hidrojel Yapılarının İki Fotonlu Mikro Üretimini Sağlar. Advanced Materials, e10834. https://doi.org/10.1002/adma.202510834}