211service.com
Een betere schijf voor rugreparatie
De rugpijn veroorzaakt door een beschadigde tussenwervelschijf vereist vaak een operatie, wat betekent dat de schijf moet worden vervangen door een plastic of metalen implantaat of dat de schijf moet worden verwijderd en de aangrenzende wordt samengesmolten. Een nieuw type vervangende schijf - bestaande uit een scaffold bezaaid met levende cellen - zou rugpijn kunnen verlichten zonder veel van de bijwerkingen die worden veroorzaakt door bestaande chirurgische benaderingen.
Koud printen: Het hier getoonde materiaal fungeert als steiger voor een kunstmatige tussenwervelschijf met daarin levende cellen.
Onderzoekers van de Medical University of South Carolina maakten een prototype vervangende schijf door een buitenste steiger te printen en vervolgens de steiger te bezaaien met levende cellen. De scaffold bootst de ingewikkeld gelaagde microstructuur van een echte tussenwervelschijf nauw na en is de eerste stap in de richting van het maken van een implantaat dat dezelfde ondersteunende en schokabsorberende functies kan vervullen als het origineel. Vergeleken met de metalen en plastic implantaten die tegenwoordig worden gebruikt, is een kunstmatige scaffold gehuld in levend weefsel zou zichzelf kunnen herstellen, en constante toegang tot bloedtoevoer zou het risico op infectie na een operatie verminderen.
Een tussenwervelschijf, of IVD, heeft de vorm van een gelei-donut, met een zacht, elastisch midden en een hardere, vezelige buitenlaag. De schijf, ingeklemd tussen wervels in de wervelkolom, definieert en ondersteunt de beweging van de wervelkolom, houdt botten op hun plaats terwijl de wervelkolom als geheel kan buigen en draaien. De schijven werken ook als schokdempers en dempen schokken op de wervelkolom. Wanneer een tussenwervelschijf versleten raakt, wordt de druk langs de wervelkolom ongelijk verdeeld, en als de wervels ook maar een klein beetje verschuiven, rekken ze de zenuwen rond de wervelkolom uit, wat pijn veroorzaakt. Als lichaamsbeweging en fysiotherapie geen verlichting bieden, kan een operatie nodig zijn.
Spinal fusing beperkt echter buigen en draaien in het gefuseerde gedeelte van de wervelkolom, dus sommige chirurgen pleiten sterk voor de implantatiemethode. Niemand van ons is geboren met gefuseerde stekels, zegt Barton Sachs , een professor in orthopedie aan het Medical College van South Carolina, die routinematig schijfimplantaatchirurgie uitvoert en die niet betrokken was bij het nieuwe werk. Het samensmelten van twee botten kan de druk op aangrenzende segmenten verhogen, waardoor andere schijven verslijten, zegt Sachs. Een implantaat behoudt niet alleen beweging, maar de hersteltijd van implantaatchirurgie is ook korter. Het werkt buitengewoon goed, zegt Sachs. [Patiënten] verlaten het ziekenhuis sneller; ze gaan sneller terug naar hun levensstijl.
Maar de implantaten die momenteel worden gebruikt, absorberen geen schokken. Je stopt materialen in die er middeleeuws uitzien, en dat is de huidige klinische praktijk, zegt Robert Mauck , hoogleraar orthopedische chirurgie en tissue engineering aan de Universiteit van Pennsylvania. Mauck werkt aan een concurrerende verbetering van schijfimplantaten.
Onderzoekers van de Medical University of South Carolina, onder leiding van Xuejun Wen , hoogleraar bio-engineering en regeneratieve geneeskunde aan de Clemson University en de Medical University of South Carolina, probeerde de natuurlijke architectuur van de schijf nauwkeurig na te bootsen, zodat deze dezelfde functies kan vervullen als het origineel.
Eerst hebben ze de complexe binnenstructuur van de schijf op een computer gemodelleerd. Vervolgens extrudeerden ze opgelost polyurethaan door een fijne glazen micropipetpunt op een platform dat op -4 graden Celsius werd gehouden. De koele temperatuur van de basis zorgde ervoor dat elke gedrukte laag snel stolde en liet opeenvolgende lagen toe om op te stapelen en hun vorm te behouden. Als je het niet echt snel afkoelt, krijg je niet de structuur die je wilt, zegt Wen. Ten slotte zaaide de groep rundercellen op de steiger om te testen of de structuur de celgroei ondersteunde. Deze groeiden om het gedurende 19 dagen te vullen, waarna bleek dat de cellen zich hadden gerangschikt zoals ze zouden doen in een natuurlijke schijf.
Het is een slimme toepassing van additive manufacturing en een spannend stuk werk, zegt James Iatridis , hoogleraar orthopedie en neurochirurgie aan de Mount Sinai School of Medicine, in New York. Maar Iatridis voegt eraan toe dat verschillende alternatieve benaderingen met betrekking tot biologisch herstel de klinische proeven naderen of zich in meer gevorderde stadia van ontwikkeling bevinden.
Hoewel het nieuwe werk van Wen en zijn groep het dichtst in de buurt komt van het repliceren van de microstructuur van een echte schijf, moeten de prestaties ervan nog worden getest. De komende maanden worden de schijven getest bij ratten. We proberen nog steeds te begrijpen hoe ingewikkeld onze technische oplossingen moeten zijn om de functie te herstellen, zegt Mauck.