Gerry Koons, estudiante de doctorado y doctorado en Rice and Baylor College of Medicine, prepara un biorreactor impreso 3D para las pruebas. (Crédito: Jeff Fitlow / Rice)
Una nueva técnica hace crecer el hueso vivo para reparar las lesiones craneofaciales uniendo un biorreactor impreso con 3D, básicamente un molde, a una costilla.
Las células madre y los vasos sanguíneos de la costilla se infiltran en el material del andamio en el molde y lo reemplazan con hueso natural adaptado al paciente.
El bioingeniero Antonios Mikos, pionero en el campo de la ingeniería de tejidos, y sus colegas combinaron las tecnologías que desarrollaron durante un programa de una década. El objetivo es avanzar en la reconstrucción craneofacial aprovechando los poderes curativos naturales del cuerpo.
Los investigadores desarrollaron una técnica para desarrollar implantes óseos a medida para reparar las lesiones de la mandíbula de la costilla del paciente. (Crédito: Mikos Research Group)
La técnica se está desarrollando para reemplazar las técnicas de reconstrucción actuales que utilizan tejidos de injerto óseo de diferentes áreas de un paciente, como la parte inferior de la pierna, la cadera y el hombro.
Sustituto óseo
"Una innovación importante de este trabajo es aprovechar un biorreactor impreso con 3D para formar hueso cultivado en otra parte del cuerpo mientras preparamos el defecto para aceptar el tejido recién generado", dice Mikos, profesor de bioingeniería e ingeniería química y biomolecular en Rice Universidad y miembro de la Academia Nacional de Ingeniería y la Academia Nacional de Medicina.
"Estudios anteriores establecieron una técnica para crear injertos óseos con o sin su propio suministro de sangre del hueso real implantado en la cavidad torácica", dice el coautor Mark Wong, profesor, presidente y director del programa del departamento de cirugía oral y maxilofacial de la Escuela. de Odontología en el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston.
“Este estudio demostró que podríamos crear injertos óseos viables a partir de materiales sustitutos de hueso artificial. La ventaja significativa de este enfoque es que no es necesario extraer el hueso del propio paciente para hacer un injerto óseo, sino que se pueden utilizar otras fuentes no autógenas ", dice.
De punto y cubierto
Para probar su concepto, los investigadores hicieron un defecto rectangular en las mandíbulas de las ovejas. Crearon una plantilla para la impresión 3D e imprimieron un molde implantable y un separador, ambos hechos de PMMA, también conocido como cemento óseo. El objetivo del espaciador es promover la curación y evitar que el tejido cicatricial llene el sitio del defecto.
Extrajeron suficiente hueso de la costilla del modelo animal para exponer el periostio, que sirvió como fuente de células madre y vasculatura para sembrar el material del andamio dentro del molde. Los grupos de prueba incluyeron costillas trituradas o materiales sintéticos de fosfato de calcio para hacer el andamio biocompatible.
El molde, con el lado de la costilla abierto para crear una interfaz apretada, permaneció en su lugar durante nueve semanas antes de retirarlo y transferirlo al sitio del defecto, reemplazando el espaciador. En los modelos animales, el hueso nuevo tejido al tejido viejo y blando creció y cubrió el sitio.
¿Por qué costillas?
"Elegimos usar costillas porque son de fácil acceso y una rica fuente de células madre y vasos, que se infiltran en el andamio y crecen en un nuevo tejido óseo que coincide con el paciente", dice Mikos. "No hay necesidad de células o factores de crecimiento exógenos que puedan complicar el proceso de aprobación regulatorio y la traducción a aplicaciones clínicas".
Las costillas ofrecen otra ventaja. "Potencialmente podemos hacer crecer hueso nuevo en múltiples costillas al mismo tiempo", dice el coautor Gerry Koons, estudiante de doctorado y doctorado en Rice and Baylor College of Medicine que actualmente trabaja en el laboratorio de Mikos.
El uso de PMMA para el molde y el espaciador fue una decisión simple, dice Mikos, ya que ha sido regulado como un dispositivo médico para aplicaciones biológicas durante décadas. En la Segunda Guerra Mundial, cuando los aviones de combate usaban parabrisas de PMMA, los médicos notaron que los fragmentos incrustados en los pilotos heridos no causaban inflamación y, por lo tanto, lo consideraron benigno. Si bien el objetivo inicial del estudio es mejorar el tratamiento de las lesiones en el campo de batalla, el panorama general también incluye cirugías civiles.
Los resultados aparecen en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Acerca de los autores
Otros coautores son de Rice; el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston; Baylor College of Medicine; Synthasome, Inc., San Diego; y Radboud University Medical Center, Países Bajos.
El Instituto de las Fuerzas Armadas de Medicina Regenerativa financió la investigación. El apoyo adicional para la investigación provino de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Osteo Science, el Programa Barrow Scholars y la Fundación Robert y Janice McNair.
Fuente: Universidad de Rice
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