_ Acoperirile încrețite ar putea preveni implanturile medicale de la eșec

Implanturile medicale ar putea eșua mai rar atunci când sunt acoperite cu un material ceramic șifonat microscopic, proiectat de cercetătorii de la Universitatea din Michigan. Acoperirea este descrisă într-o lucrare publicată în ACS Applied Materials and Interfaces.

Produsele foarte mici ale materialului au dimensiunea perfectă pentru ca celulele osoase tinere și celulele imune să se prindă. Cu prinderea lor mai fermă pe acoperiri, celulele umane pot adera puternic la implant și se pot întinde de-a lungul suprafeței acestuia. Celulele osoase întinse se dezvoltă mai repede, iar celulele imune întinse tind să ajute la vindecarea țesuturilor și să reducă inflamația, mai degrabă decât să atace implantul ca un invadator străin, așa că cercetătorii cred că acoperirile lor ar putea face implanturile medicale mai de succes.

„Medical implanturile eșuează atunci când nu se integrează frumos în organism, fie pentru că celulele imune încearcă să respingă implantul, fie pentru că există o vindecare inadecvată a țesuturilor în jurul implantului”, a spus Jouha Min, profesor asistent de inginerie chimică și autorul corespondent al studiului. .

„Majoritatea studiilor se concentrează doar pe o singură problemă la un moment dat, dar acoperirile ar putea aborda ambele probleme și ar putea ajuta pacientul să revină mult mai repede la viața normală”, a adăugat Min.

Când țesutul din jurul unui implant medical nu se vindecă corespunzător, implantul se poate slăbi și își poate pierde o anumită funcție, ceea ce necesită adesea o intervenție chirurgicală corectivă. Această problemă, numită slăbire aseptică, reprezintă aproximativ 20% din toate operațiile de revizuire a șoldului și 25% din toate intervențiile chirurgicale de revizuire la genunchi, conform raportului 2023 al Academiei Americane de Chirurgii Ortopedici. Problemele de inflamație reprezintă încă 22% din reviziile de șold și aproximativ 33% din reviziile de genunchi.

Din cele 3,1 milioane de proteze de șold și genunchi efectuate între 2012 și 2022, aproape 236.000 au necesitat intervenții chirurgicale corective. Odată cu creșterea numărului anual de proteze de șold și genunchi, mulți oameni beneficiază de implanturi care se integrează mai bine în corpul lor.

Acoperirile șifonate ar putea ajuta la realizarea unui implant de succes, dar numai dacă dimensiunea canelurile din acoperiri pot fi controlate cu precizie, conform noului studiu. Când șanțurile din acoperire au o lățime de aproximativ 2 micrometri, celulele umane încep să se întindă și să formeze anexe asemănătoare degetelor pentru a adera la șanțuri, care sunt de peste 10 ori mai mici decât celulele osoase.

Pe măsură ce celulele simțindu-și drumul în jurul lor, activează, de asemenea, comutatoare genetice care stimulează dezvoltarea în celule osoase mature sau celule imunitare care reduc inflamația. Când lățimea canelurilor acoperirii este mai mică de un micrometru, celulele nu se întind. Ca urmare, celulele osoase se dezvoltă mai lent, iar celulele imune sunt declanșate să lupte cu corpurile străine și să provoace inflamații.

„Trecând de la nano-la scară micro, putem direcționa celulele tisulare în favoarea un implant de succes”, a spus Mohammad Asadi Tokmedash, doctorand în inginerie chimică și primul autor al studiului.

Noua metodă de fabricare a acoperirii a cercetătorilor le permite să controleze dimensiunea canelurilor. Ei adaugă mai întâi materialul ceramic pe o foaie de polistiren strat cu strat.

Odată ce ceramica este suficient de groasă, cercetătorii încălzesc foaia de polistiren, făcând-o să se micșoreze. Ceramica atașată se micșorează odată cu polistirenul, dar se crapă și se deformează pentru că este mai puțin flexibilă decât polistirenul. Fisurile și îndoirile rezultate devin șanțurile pe care se fixează celulele, iar dimensiunea canelurilor este controlată de grosimea straturilor ceramice adăugate deasupra foii de polistiren înainte de a fi încălzită.

Există un dezavantaj în a omite șanțurile mai mici, la scară nanometrică, de pe acoperire: sunt mai bune în prevenirea aderenței bacteriilor patogene la acesta, creând o suprafață aspră, înțepătoare, care dăunează membranelor celulelor bacteriilor. Caneluri mai mari, la scară mică, pot fi ideale pentru ca celulele umane să se prindă, dar oferă, de asemenea, mult spațiu pentru ca bacteriile să se ascundă și să crească pe acoperiri.

Deoarece infecția este o altă cauză majoră a eșecului implantului, Echipa lucrează în prezent la o metodă care să permită acoperirilor lor să omoare bacteriile, oferind, de asemenea, mânere sigure pentru care celulele umane să se atașeze. Experimentele viitoare le vor testa ideea. Acoperirile au fost studiate la Centrul Michigan pentru Caracterizarea Materialelor.

(Fluierul)