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Knochentransplantate können mit neuem Meereskorallenmaterial besser sein
Knochentransplantate könnten eines Tages die Meereskoralle umfassender einbeziehen, dank einer kleinen klinischen Studie, die festgestellt hat, dass die Verfeinerung ihrer Eigenschaften sie kompatibler und abbaubarer macht als ein derzeit verwendetes Derivat.
Dr. Zhidao Xia, ein Spezialist für regenerative Medizin an der Universität Swansea in Großbritannien, und Kollegen aus Großbritannien und China beschreiben ihre Ergebnisse in der neuesten Online-Ausgabe der Zeitschrift Biomedizinische Materialien.
Durch teilweises Umwandeln von Kalziumkarbonat, das in Meereskorallen gefunden wurde, stellten sie ein biologisch abbaubares Kompositmaterial her, das Corallin-Hydroxylapatit / Kalziumkarbonat (CHACC) genannt wird - umfassend "ein Korallen-Kalziumkarbonat-Gerüst, umhüllt von einer dünnen Schicht Hydroxylapatit".
In einer kleinen Studie fanden sie heraus, dass dieses Material vielversprechende Ergebnisse bei Knochentransplantaten bei 16 Patienten zeigte.
Sie beobachteten die Knochenheilung bei jedem der Patienten nach 4 Monaten, und nach 2 Jahren war der CHACC vollständig biologisch abgebaut.
Die Forscher sagen, dass das neue Material koralliner Hydroxylapatit (CHA), von dem es abgeleitet ist, überlegen ist. CHA, das im Handel erhältlich ist, wird bereits in Knochentransplantaten verwendet, aber seine Verwendung ist auf bestimmte Knochen beschränkt, da es nicht vollständig biologisch abgebaut wird.
Dr. Xia kommentiert:
"Unsere Methoden haben das Ergebnis von Knochentransplantaten durch die partielle Konversionstechnik, bei der die biologisch abbaubare Zusammensetzung aus natürlichen Korallen reserviert ist, erheblich verbessert. Sie funktioniert ähnlich wie kommerziell erhältliches CHA zur Leitungsknochenregeneration, aber die besseren biologischen Abbaueigenschaften sind kompatibel mit dem natürlichen Knochenumsatz des Wirtsgewebes. "
Teilweise Umwandlungstechnik bietet Verbesserung
Dr. Xia erklärt, dass Biomaterialien, wenn sie nicht vollständig biologisch abgebaut werden, im Knochengewebe verbleiben und Probleme verursachen können. In einigen extremen Fällen kann dies zu einer neuen Fraktur oder bakteriellen Infektion führen.
Das Team schlägt auch vor, dass CHACC eine vielversprechende Alternative zu Autotransplantaten sein könnte, bei der Knochenstücke aus einem anderen Teil des Körpers verwendet werden, um neuen Knochen zu wachsen. Autotransplantate sind nicht ideal, da das Quellenmaterial nur begrenzt verfügbar ist und die Knochenentfernung schmerzhaft sein und langfristige Beeinträchtigungen verursachen kann.
Für ihre Studie verwendete das Team Korallen aus dem Meer in Südchina und veredelte teilweise das Kalziumkarbonat, das in seinem Außenskelett gefunden wurde, in CHA, um CHACC herzustellen.
Die von ihnen hergestellten CHACC enthielten 15% CHA in einer dünnen Schicht um das Calciumcarbonat herum. Dies ergibt eine starke und poröse Struktur, die CHA zu einem erfolgreichen Knochenersatzmaterial macht, aber auch ein biologisch abbaubareres, knochenverträgliches Gesamtprodukt bietet.
Nach dem Testen der physikalischen und chemischen Eigenschaften des neuen Materials besiedelte das Team Teile davon mit menschlichen mesenchymalen Stammzellen und implantierte sie unter die Haut von Labormäusen.
Nach 10 Wochen konnten sie sehen, dass sich auf der Oberfläche des implantierten CHACC neuer Knochen gebildet hatte.
Die Forscher testeten das CHACC dann in einer kleinen Studie an 11 männlichen und 5 weiblichen Patienten, bei denen vier verschiedene Arten von Knochendefekten vorlagen.
Die Ergebnisse zeigten nicht nur, dass innerhalb von 4 Monaten Knochenheilung um die Implantationsstellen stattfand, sondern auch die CHACC-Implantate selbst nach 18 bis 24 Monaten abgebaut wurden.
"Vielversprechende Ergebnisse", aber noch mehr zu tun
Der Zeitpunkt des biologischen Abbaus ist ein wichtiger Faktor bei Knochentransplantaten. Nach einer Fraktur kann es bis zu 5 Jahre dauern, bis das Knochenremodeling (wo alter Knochen vollständig durch neues Gewebe ersetzt wird) abgeschlossen ist.
Ein ideales Biomaterial ist also eines, das sich im natürlichen Knochenumbauzyklus abbaut, aber nicht zu früh, um der Regeneration eine Struktur zum Modellieren zu verweigern.
Die Forscher weisen darauf hin, dass dies noch zu Beginn ist, und es gibt viel zu tun, bevor das Biomaterial dem Standard eines Autotransplantats entspricht, wie Dr. Xia erklärt:
"Obwohl unsere Studie vielversprechende Ergebnisse geliefert hat, enthält das CHACC-Material keine knochenorganische Matrix, lebende Zellen und die Fähigkeit, neue Knochenbildung zu induzieren, anstatt sie zu leiten.
Unsere zukünftige Arbeit besteht daher in der Kombination von kontrollierter Wachstumsfaktorabgabe und Stammzellentechnologie, um eine noch bessere Lösung für Knochentransplantatmaterialien zu entwickeln. "
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