Επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Τεχεράνης αναπτύσσουν βιο-ικριώματα για την αποκατάσταση οστών
Επιστήμονες της Σχολής Διεπιστημονικών Σπουδών Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου της Τεχεράνης σχεδίασαν και κατασκεύασαν καινοτόμα βιο-ικριώματα για την αποκατάσταση οστικών βλαβών, συνδυάζοντας την «πράσινη» νανοτεχνολογία άνθρακα με την τρισδιάστατη (3D) εκτύπωση, με στόχο την προώθηση της εξατομικευμένης αναγεννητικής ιατρικής.
Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο της Τεχεράνης, η έρευνα –υπό την καθοδήγηση του Mehdi Rahaei-Jahromi, μέλους ΔΕΠ της Σχολής Διεπιστημονικών Σπουδών Επιστήμης και Τεχνολογίας– εστιάζει στην ανάπτυξη μιας νέας γενιάς «έξυπνων» ικριωμάτων, τα οποία μπορούν να προσαρμοστούν ώστε να ρυθμίζουν τις κυτταρικές αποκρίσεις και να υποστηρίζουν τη μηχανική ιστών.
«Δεδομένης της ραγδαίας αύξησης του ηλικιωμένου πληθυσμού και της αυξανόμενης συχνότητας μυοσκελετικών τραυματισμών, η ανάγκη για καινοτόμες και αποτελεσματικές προσεγγίσεις στην αποκατάσταση οστικών βλαβών καθίσταται ολοένα και πιο επιτακτική», δήλωσε ο Rahaei-Jahromi.
Ο ίδιος εξήγησε ότι η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ικριώματα με βάση την πολικαπρολακτόνη (PCL) και τις κουκκίδες άνθρακα (CDs), χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της τρισδιάστατης εκτύπωσης με εξώθηση.
Αν και η PCL είναι κατάλληλη για τρισδιάστατη εκτύπωση και έχει εγκριθεί από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) για ορισμένες εφαρμογές, η υδρόφοβη και βιο-αδρανής φύση της ενδέχεται να περιορίζει τις αλληλεπιδράσεις με τα κύτταρα, σημείωσε ο ερευνητής.
Για την αντιμετώπιση αυτού του περιορισμού, ο Rahaei-Jahromi ανέφερε ότι οι Ιρανοί ερευνητές συνέθεσαν κουκκίδες άνθρακα μέσω μιας υδροθεμικής διαδικασίας ενός σταδίου, χρησιμοποιώντας σπόρους μαύρου κύμινου.
Τα νανοσωματίδια που προέκυψαν ενσωματώθηκαν στη μήτρα PCL μέσω ανάμειξης σε τήξη και, στη συνέχεια, κατασκευάστηκαν σύνθετα ικριώματα με τη χρήση εκτυπωτή 3D, πρόσθεσε.
Η προσέγγιση της προσθετικής κατασκευής (additive manufacturing) επέτρεψε στους ερευνητές να δημιουργήσουν πολύπλοκες γεωμετρίες και πορώδες με ακριβή έλεγχο – χαρακτηριστικά σημαντικά για τη διείσδυση των κυττάρων και τη μεταφορά θρεπτικών συστατικών, τόνισε.
Σύμφωνα με τον Rahaei-Jahromi, η αύξηση της περιεκτικότητας σε κουκκίδες άνθρακα μετέβαλε σημαντικά τη μορφολογία και τις επιφανειακές ιδιότητες των ικριωμάτων.
Τα ικριώματα παρουσίασαν αυξημένη τραχύτητα επιφάνειας και βελτιωμένη υδροφιλία, αλλαγές που αποδίδονται στην παρουσία πολικών λειτουργικών ομάδων στις κουκκίδες άνθρακα, υπογράμμισε ο ίδιος.
«Αυτές οι αλλαγές δημιουργούν ευνοϊκές συνθήκες για την προσρόφηση συστατικών της εξωκυττάριας μήτρας και, κατά συνέπεια, για την Ωστόσο, όπως σημείωσε, σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις, τα ικριώματα διατήρησαν την αντοχή τους στη θλίψη εντός αποδεκτών ορίων για εφαρμογές που απαιτούν σχετική φέρουσα ικανότητα, συμπεριλαμβανομένης της αποκατάστασης ελλειμμάτων στο κρανίο, τη γνάθο και τη σπονδυλική στήλη.
Ο ερευνητής δήλωσε ότι τα ευρήματα υποδεικνύουν μια δυνατότητα ρύθμισης της ισορροπίας μεταξύ μηχανικών ιδιοτήτων και βιολογικής δραστηριότητας, επιτρέποντας την προσαρμογή των ιδιοτήτων των ικριωμάτων ανάλογα με την προβλεπόμενη εφαρμογή τους.
Οι βιολογικές αξιολογήσεις, με τη χρήση μεσεγχυματικών βλαστοκυττάρων προερχόμενων από ανθρώπινο ιστό, έδειξαν επίσης ότι ορισμένες συγκεντρώσεις κουκκίδων άνθρακα (carbon dots) ενίσχυσαν την κυτταρική προσκόλληση, τον πολλαπλασιασμό και την κυτταρική πυκνότητα, ανέφερε ο ίδιος.
Επισήμανε επίσης ότι η μικροσκοπία φθορισμού κατέδειξε μια σχετικά ομοιόμορφη κατανομή των κυττάρων σε όλο το βάθος των ικριωμάτων, υποδηλώνοντας ευνοϊκή διαπερατότητα και βιοσυμβατότητα.
«Τα ευρήματα αυτά δείχνουν ότι οι κουκκίδες άνθρακα που παράγονται με μεθόδους “πράσινης” σύνθεσης μπορούν να λειτουργήσουν όχι απλώς ως αδρανή ενισχυτικά μέσα, αλλά ως βιολογικά ενεργά συστατικά, ικανά να δημιουργήσουν ένα ευνοϊκό μικροπεριβάλλον για την κυτταρική δραστηριότητα», δήλωσε ο ερευνητής.
Η μελέτη προτείνει την ελεγχόμενη ενσωμάτωση κουκκίδων άνθρακα ως βασική στρατηγική σχεδιασμού για την ανάπτυξη εξατομικευμένων ικριωμάτων για κλινικές εφαρμογές, οι οποίες κυμαίνονται από την αποκατάσταση οστικών ελλειμμάτων έως τη μηχανική μαλακών ιστών, δήλωσε ο Rahaei-Jahromi.
Ο ερευνητής σημείωσε ότι η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη «έξυπνων» ικριωμάτων επόμενης γενιάς, των οποίων οι κυτταρικές αποκρίσεις θα μπορούν να διαμορφώνονται κατάλληλα μέσω της απλής ρύθμισης του τύπου ή της συγκέντρωσης του νανο-πληρωτικού υλικού, ώστε να καλύπτονται οι εξατομικευμένες ανάγκες των ασθενών.
—
