211service.com
Återställ skadade knän
Carson Palmer, Cincinnati Bengals startande quarterback, var en NFL MVP-utmanare 2005 tills han fick en reva i sitt främre korsband (ACL), knäets huvudsakliga stödstruktur, som vanligtvis skadas inom sport. Kirurgisk rekonstruktion krävs vanligtvis för att reparera ligamentet, men nuvarande metoder fortsätter att ta betydande återhämtningstid, under vilken en patient kan lida av en förlust av styrka och funktion. Nu har forskare vid University of Virginia biokonstruerat en ny ACL-ersättning med hjälp av en 3-D polymerfiberflätning. Det är den första syntetiska ställningsdesignen som visar exceptionell vävnadsregenerering och läkning, och det kan leda till en lovande ligament-ersättningsteknologi.
Vårt mål var att regenerera ACL genom att använda klassiska designprinciper från ingenjörskonst och material som har mekaniska egenskaper som efterliknar den naturliga ACL, säger Cato Laurencin , lagledaren och ordföranden för University of Virginia Department of Orthopedic Surgery. Hans team fann att det kunde använda sitt nyutvecklade syntetiska polymersystem med ACL-celler för att rekonstruera ligamentet och producera neoligamentvävnad. Varje lösning som kan utarbetas för att påskynda läkningen och den långsiktiga funktionen är oerhört viktig för patienterna, säger Laurencin.
Nuvarande kirurgisk behandling kräver att en ortopedisk kirurg tar bort den trasiga främre korsbandet och ersätter den med ett nytt ligament tillverkat antingen av autograftvävnad, som tas från en patients egen friska vävnad (vanligtvis från en senaremsa under knäskålen eller hamstringen), eller från allotransplantatvävnad, som tas från ett kadaver. För att göra detta borras hål på de ställen på skenbenet och lårbenet där ACL fäster, och det nya ligamentet förs genom hålen och hålls på plats med skruvar. Oavsett om man använder autograft eller allograftvävnad, kräver behandlingen en lång läkningstid som sträcker sig från, beroende på hur allvarlig tåran är, sex månader till ett år, under vilken patienten kan behöva bära ett tandställningsskena eller använda kryckor och genomgå sjukgymnastik. Palmer tillbringade de sista två av nästan sex månadernas rehab med fyra till sex timmars styrke- och flexibilitetsarbete om dagen med en prestationscoach. Detta resulterade i att han var cirka 80 procent återställd vid starten av fotbollens träningsläger.
Flera grupper har utforskat ligamentliknande ställningar med kollagenfibrer, siden och kompositer, men med begränsad framgång. Det har helt enkelt inte gjorts särskilt mycket framgångsrikt arbete med vävnadstekniska ligament, säger Robert Langer , professor i kemisk och biologisk teknik vid MIT. Detta [Laurencins teams arbete] är en mycket betydelsefull upptäckt. Jag har inte sett någon göra vad de gör med ligament tidigare.
ACL-ersättningen som utvecklats av Laurencins team använder en kliniskt bevisad, FDA-godkänd biokompatibel polymer, polyL-laktid (PLLA), som ofta används i läkemedelstillförselsystem, biomedicinska apparater, benplattor och suturer. Laurencins team använder polymeren för att stabilisera knät medan ställningen främjar regenereringen av ny ligamentvävnad. Polymeren är ett absorberbart material: dess mekaniska egenskaper och massa minskar med tiden och på ett sätt som tillåter en gynnsam biologisk respons.
Utformningen av den syntetiska ställningen möjliggör en gradvis upplösning av det syntetiska materialet och främjar optimal ligamentcelltillväxt för bildning av ett neoligament, förklarar Laurencin. Med hjälp av en process som han refererar till som 3-D polymerfiberflätning, tillverkade forskarteamet en 3D-ställning genom att fläta fibrerna i PLLA-polymeren. Denna metod gör det möjligt för celler att effektivt manövrera runt det syntetiska materialet och producera kollagenfibrer och färska blodkärl mycket snabbare än vad nuvarande metoder gör. Att fläta ligamentet ger också strukturen styrka.
För att utvärdera de nyligen biokonstruerade ligamenten genomförde Laurencins team en studie, publicerad i 27 februari numret av Proceedings of the National Academy of Sciences , med hjälp av kaninämnen. Studien testade två typer av ställningen: en sådd med celler från kaninernas ACL och en som endast bestod av syntetiskt material. Teamet ersatte kirurgiskt varje kanins trasiga ACL med en av de två typerna av ställningar, med samma kirurgiska procedur som skulle användas på människor. Varje ställning utformades för att vara något mindre än den ursprungliga kanin-ACL för att tillåta vävnadsregenerering att äga rum: vävnadstillväxt i den intraartikulära, eller led, del och celltillväxt i den del av ställningen som är fäst vid benet.
Studien utfördes med 32 kaniner som undersöktes vid 4 och 12 veckor – början och slutet av den avgörande läkningsperioden. Resultaten för den sådda ställningen ansågs anmärkningsvärda av Laurencin, som säger att inom 48 timmar efter operationen gick kaninerna runt normalt. Studien rapporterade kollagen och cellulär infiltration i implantatet vid 4 veckor, och vid 12 veckor hade cellerna vid kanten av ställningen genererat kollagenfibrer för bildandet av ett nytt ligament. Förutom att visa snabbare, kortvarig återhämtningstid, visade neoligamentet tillräcklig mekanisk styrka.
Detta är den första vävnadskonstruerade matrisen för ACL som visar en sådan betydande neoligamentbildning, både vad gäller vaskularitet och kollagenbildning, säger Laurencin. Detta ger hopp om att kunna återskapa ACL hos människor och kommer förhoppningsvis att bana väg för nya behandlingsparadigm för patienter.
Även om Laurencins preliminära fynd är lovande, drabbades ett fåtal av kaninerna i den utsädda gruppen, och nästan alla kaninerna i den osådda gruppen, av brustna ligament, möjligen på grund av att kaniner, till skillnad från människor, inte följer ett fysioterapischema, inte heller är de vana vid att skydda sina ligament. Laurencin planerar att fortsätta att övervaka kaninerna och kommer att utföra en uppföljningsstudie med större djur och så småningom människor.
För idrottare som Palmer kan systemet vara skillnaden mellan att ha en fantastisk karriär och en medioker.