Kaulas yra labai kraujagyslinis audinys, o ryšį tarp angiogenezės (kraujagyslių formavimosi) ir kaulų gijimo jau seniai aptarė mokslo bendruomenė, keliuose tyrimuose aprašomas kaulų gijimo sutrikimas dėl angiogenezės trūkumo arba sumažėjusios angiogenezės. Tradiciniai metodai, tokie kaip skiepijimas, dažnai sukelia komplikacijų dėl nepakankamo kraujagyslių aprūpinimo implantais, o tai lemia prastą integraciją ir nekrozinį audinį.
Siekdami išspręsti šią problemą, IBEC mokslininkai, vadovaujami Biomedžiagų regeneracinėms terapijoms grupės vyresniojo mokslo darbuotojo Oscaro Castaño, sukūrė naują metodą, kuris neseniai buvo paskelbtas m. Biomedžiagų pažanga. Jie taikė 3D biospausdinimo metodus, kad sukurtų polipieno rūgšties ir kalcio fosfato pagrindu pagamintus stiklo karkasus, kurie palaiko angiogenezę ir kraujagyslių brendimą.
Kaulą sudaro ir nemineralizuota organinė dalis (daugiausia kolagenas), ir mineralizuota neorganinė dalis (daugiausia hidroksiapatitas). Šioje struktūroje reikalingas 3D poringumas, kad būtų užtikrintas maistinių medžiagų ir deguonies pernešimas, taip pat būtų galima kraujagysles, įsiskverbti į ląsteles ir pašalinti atliekas.
Tyrėjų požiūris buvo pagrįstas kalcio fosfato (CaP) pagrindu pagamintų stiklo karkasų naudojimu, siekiant pagerinti polipieno rūgšties (PLA) savybes, kad būtų gauta medžiaga, atitinkanti cheminius, mechaninius ir biologinius kaulinio audinio poreikius.
Naujieji PLA-CaP karkasai leidžia atlikti adekvačią vaskuliarizaciją, kuri ne tik gydo audinį, bet ir leidžia efektyviai atsinaujinti, todėl sumažėja arba visiškai išnyksta kaulų randai. Norėdami sukurti šiuos pastolius, mokslininkai panaudojo 3D spausdinimą, kad tiksliai kontroliuotų pastolių geometriją, poringumą ir paviršiaus charakteristikas.
„Šis novatoriškas metodas leidžia pritaikyti pastolius, imituojančius natūralaus kaulo struktūrą, būtiną ląstelių infiltracijai ir maistinių medžiagų mainams gijimo proceso metu”, – aiškina pirmoji tyrimo autorė Celia Ximenes-Carballo.
In vitro atlikti bandymai atskleidė, kad 3D atspausdinti karkasai palaikė žmogaus mezenchiminių kamieninių ląstelių dauginimąsi ir stimuliavo kraujagyslių endotelio augimo faktoriaus – kritinio faktoriaus, skatinančio kraujagyslių formavimąsi – sekreciją. Be to, pastoliai palaikė kalcio jonų išsiskyrimą fiziologiniu lygiu, dar vieną elementą, gyvybiškai svarbų palaikant vaskuliarizaciją.
Kita vertus, pastolių bandymas in vivo naudojant poodinį pelės modelį taip pat parodė daug žadančių rezultatų. Vos per vieną savaitę po implantacijos pastoliai gerai integravosi ir pastebimai įsiskverbė į kraujagysles. PLA-CaP karkasai buvo ypač veiksmingi, nes po keturių savaičių padidėjo kraujagyslių brendimas be kraujagyslių regresijos požymių.
Kraujagyslių analizė parodė, kad kraujagyslių sienelės iš pradžių buvo plonos, bet laikui bėgant tapo storesnės ir stabilesnės. Šis progresas rodo, kad pastoliai suteikia ne tik pradinę paramą kraujagyslių augimui, bet ir sukuria palankią aplinką ilgalaikiam kraujagyslių susidarymui, kuris yra būtinas kaulų regeneracijai.
„Manome, kad mūsų 3D spausdinti pastoliai gali pakeisti mūsų požiūrį į kaulų regeneraciją. Stiprindami vaskuliarizaciją galime žymiai pagerinti gydymo rezultatus ir sumažinti komplikacijų, susijusių su tradiciniais skiepijimo metodais, tikimybę”, – sakė Castaño.
Šių pažangių pastolių kūrimas išryškina 3D spausdinimo technologijos derinimo su bioaktyviomis medžiagomis, pvz., kalcio išskiriančiomis dalelėmis, sinergetinį poveikį. PLA-CaP pastolių architektūra ne tik palengvina geresnę vaskuliarizaciją, bet ir palaiko osteogenezę, atverdama kelią veiksmingesnėms kaulų gijimo strategijoms, galinčioms sumažinti transplantato nepakankamumo dažnį.
Pateikė Katalonijos bioinžinerijos institutas (IBEC)