Новый инъекционный гидрогель, содержащий полиэфирэфиркетон, для регенерации костей черепно-лицевой области.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 864 (2023) Цитировать эту статью

2060 Доступов

2 цитаты

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Полиэфирэфиркетон (PEEK) — органический материал, представленный в качестве альтернативы титановым имплантатам. Инъекционные гидрогели являются наиболее перспективным методом регенерации костной ткани в полости рта для консервативного заполнения дефектов неправильной формы и контуров. В текущем исследовании были синтезированы инъекционные гидрогели нанокристаллической альдегид-целлюлозы/волокна шелка (ADCNC/SF), содержащие PEEK, и оценена их способность к регенерации костей. Структуру, межмолекулярное взаимодействие и реакцию между компонентами оценивали по структуре гидрогеля. Цитосовместимость изготовленных каркасов оценивали на стволовых клетках пульпы зуба человека (hDPSC). Кроме того, остеоиндукционную способность гидрогелей ADCNC/SF/PEEK на hDPSC оценивали с помощью ПЦР в реальном времени, вестерн-блоттинга, окрашивания ализарином красным и активности ЩФ. Костеобразование в дефектах критического размера черепа крыс оценивали гистологически и рентгенологически. Результаты подтвердили успешное изготовление гидрогеля и его способность вызывать остеогенную индукцию на hDPSC. Кроме того, в фазе in vivo костеобразование было значительно выше в группе ADCNC/SF/PEEK. Следовательно, усиленная регенерация кости в ответ на гидрогели, содержащие PEEK, предполагает его потенциал для регенерации потери костной массы в черепно-лицевой области, особенно вокруг зубных имплантатов.

За последние несколько десятилетий инженерия костной ткани предоставила многообещающую альтернативу реконструкции костных дефектов черепно-лицевой области1,2,3. Дефекты кости в этой области возникают из-за врожденных аномалий, инфекций и последующей резорбции кости в результате травмы, резекции опухоли и удаления зубов4,5. Эти дефекты существенно влияют на качество жизни пациентов, и их необходимо лечить для восстановления челюстно-лицевой функции и эстетики6,7.

Динамические костные структуры демонстрируют замечательные регенеративные способности при реконструкции дефектов размером меньше критического. Дефекты критического размера не обладают способностью к самовосстановлению и требуют дополнительного восстановительного вмешательства8. Традиционные подходы к лечению такого рода костных дефектов, такие как аутологичные/аллогенные костные трансплантаты и металлические протезы, ограничены болезненностью и нехваткой донорских участков, возможностью резорбции, а также сложным изготовлением и формованием для заполнения дефектов неправильной формы9,10. Из-за этих ограничений подходы к инженерии костной ткани с использованием биоразлагаемых и биосовместимых 3D-полимерных гидрогелей могут рассматриваться как потенциальные кандидаты для повышения эффективности протоколов лечения за счет улучшения пролиферации и дифференцировки стволовых клеток. Сходство свойств гидрогелей с нативным костным внеклеточным матриксом (ECM) и доставка остеогенных факторов являются основными характеристиками, которые делают гидрогель пригодным для регенерации кости. Еще одной важной характеристикой, которую следует учитывать, является возможность инъецирования этих гидрогелей, что обеспечивает широкий спектр преимуществ по сравнению с готовыми гидрогелями11,12,13. Эти инъекционные гидрогели демонстрируют превосходную поддержку инфильтрации, прикрепления, пролиферации и дифференцировки стволовых клеток при изготовлении из подходящих полимеров и веществ. Более того, простота обращения, минимально инвазивное введение и заполнение костных дефектов неправильной формы являются преимуществами этих инъекционных гидрогелей в клиническом применении, а также удобством для пациентов14,15,16,17,18.

Различные биоматериалы применялись для восстановления поврежденной и утраченной костной ткани19,20,21. Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) – перспективный органический и синтетический полимер полукристаллической структуры. Он стал более популярным благодаря своей высокой биоспособности, рентгенопрозрачности и эластичности, сходной с естественной костью по сравнению с металлическими материалами, такими как титан (Ti)22,23,24. Более того, согласно отчетам, титановые имплантаты и их сплавы демонстрируют высвобождение ионов металлов, остеолиз, аллергенность и коррозию металлов во время реконструкции костных дефектов в черепно-лицевой области25,26. Применение PEEK в различных субстратах и ​​материалах на протяжении более 40 лет подтверждает его большие возможности для применения в биоматериалах. Как высокоэффективный полимер, PEEK обладает превосходной химической стойкостью, высокой температурой плавления 340 °C, превосходной стойкостью к радиации и стерилизации, высоким модулем упругости от 3,7 до 4,0 ГПа и высокой прочностью на разрыв 103 МПа27. Среди протезных материалов PEEK широко используется в качестве компонента благодаря его хорошей термостабильности и механическим свойствам, близким к натуральной кости. Эти свойства помогают композитам на основе PEEK способствовать регенерации кости и задерживать резорбцию прилегающей кости28. Из PEEK изготавливается широкий спектр спинальных имплантатов, включая клетки, стержни и винты, которые сохраняют жесткость, пока кости постепенно срастаются29,30,31,32. Наиболее примечательные особенности PEEK, которые превращают его в хороший материал для черепно-лицевой области, включают, помимо прочего, превосходные механические свойства, естественную рентгенопрозрачность и пониженную термотрансформацию19,33. Кроме того, есть несколько доказательств уменьшения остеолиза, увеличения костеобразования и поддержки начальной минерализации вокруг имплантатов из ПЭЭК19. Однако некоторые исследования показали, что этот субстрат не так биоактивен, как Ti; поэтому они предложили объединить PEEK с другими материалами22,34,35.