Nanotechnologie, Um Knorpel Nachwachsen Zu Lassen Und Schmerzende Knie Zu Lindern
Nanotechnologie, Um Knorpel Nachwachsen Zu Lassen Und Schmerzende Knie Zu Lindern

Video: Nanotechnologie, Um Knorpel Nachwachsen Zu Lassen Und Schmerzende Knie Zu Lindern

Video: Schau, wie man Knorpel regeneriert und Knie und Gelenkschmerzen beendet! 2022, Dezember
Anonim

Die Forscher verwenden Kohlenstoffnanoröhren und Elektrizität, um das Wachstum von stärkerem, knochenpolsterndem Gewebe zu fördern.

Forscher sagen, dass sie möglicherweise bald in der Lage sein werden, verletzten und abgenutzten Knorpel mithilfe von Nanoröhren zu reparieren. Derzeit müssen Patienten entweder unter das Messer gehen, um fehlerhaften Knorpel zu reparieren (Bindegewebe, das normalerweise die Knochenenden an den Gelenken polstert, damit sie nicht gegeneinander schleifen). Wissenschaftler sagen jedoch, dass sie eines Tages möglicherweise mikroskopisch kleine Kohlenstoffnanoröhren in verletzte Gelenke einführen können - beispielsweise in die Knie - und neue, stärkere Knorpelzellen dazu ermutigen, an Ort und Stelle beschädigte oder dünner werdende zu wachsen.

Forscher berichten im Journal of Biomedical Materials Research, Teil A, dass sie in ihrem Labor erfolgreich Knorpel um Kohlenstoffnanoröhren gezüchtet haben - und sind optimistisch, dass sie eines Tages das Kunststück im menschlichen Körper duplizieren können. Sie könnten im September einen Schritt näher kommen, wenn sie vorhaben, Kohlenstoffnanoröhren in Schafsgelenke zu implantieren, um ihre Technik zum ersten Mal außerhalb des Labors zu testen.

Thomas Webster, Associate Engineering Professor an der Brown University, und Brown Researcher Dongwoo Khang, zusammen mit Grace Park, einer Wissenschaftlerin (und einer von Websters ehemaligen Doktoranden) bei Becton, Dickinson and Company, einem Medizintechnikunternehmen in Franklin Lakes, NJ Nehmen wir an, sie züchteten Knorpelzellen, indem sie Chondrozyten (knorpelbildende Zellen) und Kohlenstoffnanoröhren zusammen auf eine Polycarbonat-Urethanoberfläche legten. Wie erwartet wuchsen Knorpelzellen um die Nanoröhren, die so stark sind, dass Wissenschaftler sie jetzt zur Verstärkung von Kunststoff verwenden. Forscher sagen, dass sie die Produktion neuer Zellen beschleunigten, indem sie elektrische Überspannungen durch die Nanoröhren schickten, die auch ausgezeichnete Stromleiter sind.

Wissenschaftler stellen sich vor, Nanoröhren durch kleine Einschnitte (z. B. in ein Knie) zu implantieren, die die eigenen Knorpelzellen eines Patienten besiedeln würden. Der Vorteil, sagt Webster, ist, dass der Knorpel schneller wachsen und stärker sein würde, als wenn er nicht von Nanoröhren getragen würde - ähnlich wie Stahlbewehrungsstäbe zur Verstärkung von Zement oder Beton verwendet werden. Er stellt fest, dass Nanoröhren gut am vorhandenen Knorpel haften würden. "Der Patient wird schneller zu einem aktiven Lebensstil zurückkehren können, als wenn er Knorpel ohne Nanoröhren verwendet hätte, den er wahrscheinlich schon lange nicht mehr hatte", sagt er.

Orthopäden loben Websters Forschung, sagen jedoch, dass es noch zu früh ist, um zu sagen, ob sein Ansatz erfolgreich sein wird. Obwohl die Idee, stärkeren, besser haftenden Knorpel zu erzeugen, gut klingt, kann das Platzieren permanenter Partikel wie Kohlenstoffnanoröhren im Gelenk andere Probleme mit sich bringen, sagt Freddie Fu, Vorsitzender der Abteilung für orthopädische Chirurgie an der School of Medicine der University of Pittsburgh und ihrer Ärztezentrum. Sein Hauptanliegen: Kohlenstoffnanoröhrchen sind möglicherweise nicht biologisch mit vorhandenem Knorpelgewebe im Gelenk kompatibel.

"Idealerweise sollte die Architektur des Gerüsts die des zu reparierenden nativen Gewebes nachahmen", sagt Wei Shen, ein Postdoktorand, der ebenfalls in der Abteilung tätig ist.

Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftler nach Wegen, um Knorpel zu reparieren, ohne auf herkömmliche Operationen zurückgreifen zu müssen. Dabei wird in der Regel beschädigter Knorpel durch einen Einschnitt im Gelenk entfernt, während versucht wird, so viel gesundes Gewebe wie möglich zu erhalten. Ein Durchbruch war die Entwicklung von Gelen aus synthetischen Materialien wie Polyhydroxyethylmethacrylat im Jahr 2002, die in eine Verbindung injiziert werden können, wo sie sich verfestigen und zu einem Kissen mit der gleichen stoßdämpfenden Funktion wie Knorpel werden. Das Problem ist, sagt Webster, dass die Gelkissen nicht immer gut am verbleibenden Knorpel im Gelenk haften, was bedeutet, dass viele Patienten Folgeinjektionen benötigen. Ein weiteres Problem, sagt Fu, ist, dass das Gel selbst dann nicht lange hält, wenn es haftet.

Forscher am Massachusetts Institute of Technology, der Harvard Medical School und der University of Colorado in Boulder versuchen derzeit, ein Gel zu entwickeln, in das sie die eigenen Knorpelzellen eines Patienten einbringen können, die sich nach Injektion der Lösung in ein Zielgelenk vermehren würden. Bei diesem Ansatz werden jedoch keine Kohlenstoffnanoröhren verwendet, von denen Webster glaubt, dass sie eine dauerhaftere Lösung bieten würden.

Webster hat seit 1998 als Doktorand am Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, New York, die Möglichkeit untersucht, Gewebe um Nanomaterialien herum zu züchten. "Nanoskalige Materialien steigern das Wachstum all dieser Gewebetypen", sagt er. "Der Schlüssel liegt darin, dass die Nanomaterialien die Rauheit des natürlichen Gewebes nachahmen, wodurch mehr Oberflächenenergie erzeugt wird und die Absorption von Proteinen ermöglicht wird, die für die Funktion des Gewebes wichtig sind."

Webster hat seit seinen ursprünglichen Experimenten mit dem Wachstum von Knochengewebe in vitro einen langen Weg zurückgelegt. In den letzten zehn Jahren erweiterte er sein Repertoire um Blase, Knorpel, Zentralnervensystem und Gefäßgewebe. Das Prinzip ist in jedem Fall dasselbe: Wachsende Zellen haften und gedeihen eher auf einer rauen Nanoröhrenoberfläche als auf glattem Knochen oder ausgefranstem Knorpel. Derzeit arbeitet er mit einem Team von 26 Forschern aus den Bereichen Biomedizin und Tissue Engineering bei Brown zusammen, die mit einem Zuschuss von 500.000 US-Dollar von der National Nanotechnology Initiative des National Science and Technology Council ausgestattet sind, um herauszufinden, wie weit er seine Ideen vorantreiben kann.

"Der Einsatz von Nanotechnologie in Gerüsten zur Unterstützung der Knorpelregeneration ist neu", sagt Constance Chu, Direktorin des Knorpelwiederherstellungsprogramms des Medical Center der Universität Pittsburgh und Orthopäde, die auf Knorpelregeneration und Arthrose spezialisiert ist es kann schließlich die funktionellen Eigenschaften des regenerierten Knorpels verbessern."

Beliebt nach Thema