En bättre skiva för ryggreparation

Ryggsmärtan som orsakas av en skadad intervertebral disk kräver ofta operation, vilket innebär att man antingen byter ut disken mot ett plast- eller metallimplantat eller tar bort disken och smälter ihop de intilliggande. En ny typ av ersättningsskiva – som består av en ställning som är sådd med levande celler – skulle kunna lindra ryggsmärtor utan många av de biverkningar som orsakas av befintliga kirurgiska metoder.

Kalltryck: Materialet som visas här fungerar som en ställning för en konstgjord mellankotskiva som innehåller levande celler.

Forskare vid Medical University of South Carolina gjorde en prototyp av ersättningsskiva genom att skriva ut en yttre ställning och sedan så ställningen med levande celler. Ställningen efterliknar den intrikat skiktade mikrostrukturen hos en riktig intervertebral disk, och är det första steget mot att göra ett implantat som kan utföra samma stödjande och stötdämpande funktioner som originalet. Jämfört med metall- och plastimplantat som används idag, en konstgjord ställning insvept i levande vävnad skulle kunna reparera sig själv, och konstant tillgång till blodtillförsel skulle minska risken för infektion efter operationen.

En intervertebral disk, eller IVD, är formad som en gelémunk, med ett mjukt, elastiskt centrum och ett segare, fibröst yttre lager. Inklämd mellan kotor i ryggraden, definierar och stödjer skivan ryggradens rörelse, håller benen på plats samtidigt som den låter ryggraden som helhet böjas och vridas. Skivorna fungerar också som stötdämpare och dämpar stötar mot ryggraden. När en disk slits är trycket längs ryggraden ojämnt fördelat, och om kotorna förskjuts ens något sträcker de nerverna som cirkulerar runt ryggraden, vilket orsakar smärta. Om träning och sjukgymnastik inte ger någon lindring kan operation behövas.

Spinal fusing begränsar dock böjning och vridning i den sammansmälta delen av ryggraden, så vissa kirurger argumenterar starkt för implantatmetoden. Ingen av oss föddes med sammansmälta ryggar, säger Barton Sachs , en professor i ortopedi vid Medical College of South Carolina, som rutinmässigt utför diskimplantatkirurgi och som inte var kopplad till det nya arbetet. Att smälta samman två ben kan öka trycket på närliggande segment, vilket sliter ut andra skivor, säger Sachs. Inte bara bevarar ett implantat rörelse, utan återhämtningstiden från implantatkirurgi är kortare. Det fungerar extremt bra, säger Sachs. [Patienter] kommer ut från sjukhuset snabbare; de återgår till sin livsstil snabbare.

Men de implantat som används för närvarande absorberar inte stötar. Du lägger in material som ser medeltida ut, och det är tillståndet för nuvarande klinisk praxis, säger Robert Mauck , professor i ortopedisk kirurgi och vävnadsteknik vid University of Pennsylvania. Mauck arbetar på en konkurrerande förbättring av diskimplantat.

Forskare vid Medical University of South Carolina, under ledning av Xuejun Wen , professor i bioteknik och regenerativ medicin vid Clemson University och Medical University of South Carolina, försökte nära efterlikna skivans naturliga arkitektur, så att den kan utföra samma funktioner som originalet.

Först modellerade de skivans komplexa inre struktur på en dator. Sedan extruderade de löst polyuretan genom en fin glasmikropipettspets på en plattform som hölls vid -4 grader Celsius. Den svala temperaturen på basen fick varje tryckt lager att stelna snabbt och tillät på varandra följande lager att staplas på och behålla sin form. Om du inte kyler det riktigt snabbt kommer du inte att få den struktur du vill ha, säger Wen. Slutligen sådde gruppen nötkreatursceller på ställningen för att testa om strukturen stödde celltillväxt. Dessa växte för att fylla den under 19 dagar, varefter cellerna visade sig ha ordnat sig som de skulle i en naturlig skiva.

Det är en smart tillämpning av additiv tillverkning och ett spännande arbete, säger James Iatridis , professor i ortopedi och neurokirurgi vid Mount Sinai School of Medicine, i New York. Men Iatridis tillägger att flera alternativa tillvägagångssätt som involverar biologisk reparation närmar sig kliniska prövningar eller i mer avancerade utvecklingsstadier.

Även om det nya verket av Wen och hans grupp kommer närmast att replikera mikrostrukturen på en riktig skiva, har dess prestanda ännu inte testats. Under de närmaste månaderna kommer skivorna att testas på råttor. Vi försöker fortfarande förstå hur komplicerade våra konstruerade lösningar måste vara för att återställa funktionen, säger Mauck.

Dölj