Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:
проверенный фактами
рецензируемое издание
надежный источник
корректура
Хорошо! При воздействии на более крупные бороздки в керамических покрытиях иммунные клетки вытягивают пальцеобразные придатки, что является признаком того, что они взяли на себя противовоспалительную роль. Фото: Мохаммад Асади Токмедаш, Мин Лаборатория, Мичиганский университет.
× закрыть
При воздействии на более крупные бороздки в керамических покрытиях иммунные клетки вытягивают пальцеобразные придатки, что является признаком того, что они взяли на себя противовоспалительную роль. Фото: Мохаммад Асади Токмедаш, Мин Лаборатория, Мичиганский университет.
Медицинские имплантаты могут выходить из строя реже, если они покрыты микроскопически морщинистым керамическим материалом, разработанным исследователями из Мичиганского университета. Покрытие описано в статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
Очень маленькие морщинки материала имеют идеальный размер для закрепления молодых костных клеток и иммунных клеток. Благодаря более прочному захвату покрытий человеческие клетки могут прочно прилипать к имплантату и растягиваться по его поверхности. Растянутые костные клетки развиваются быстрее, а растянутые иммунные клетки, как правило, способствуют заживлению тканей и уменьшению воспаления, а не атакуют имплантат как инородный захватчик, поэтому исследователи считают, что их покрытия могут сделать медицинские имплантаты более успешными.
«Медицинские имплантаты терпят неудачу, когда они плохо интегрируются с телом, либо потому, что иммунные клетки пытаются оттолкнуть имплантат, либо потому, что вокруг имплантата происходит недостаточное заживление тканей», — сказал Джуха Мин, доцент кафедры химической инженерии и автор соответствующего исследования. изучение.
«Большинство исследований сосредоточены только на одной проблеме за раз, но покрытия могут решить обе проблемы и помочь пациенту гораздо быстрее вернуться к нормальной жизни», — добавил Мин.
Когда ткань вокруг медицинского имплантата не заживает должным образом, имплантат может расшататься и потерять некоторые функции, что часто требует корректирующей операции. Согласно отчету Американской академии хирургов-ортопедов за 2023 год, на эту проблему, называемую асептическим расшатыванием, приходится около 20% всех операций по ревизии бедра и 25% всех операций по ревизии коленного сустава. На проблемы воспаления приходится еще 22% ревизий тазобедренного сустава и около 33% ревизий коленного сустава.
Из 3,1 миллиона операций по замене тазобедренного и коленного сустава, проведенных в период с 2012 по 2022 год, почти 236 000 потребовались корректирующие операции. Поскольку ежегодное количество операций по замене тазобедренного и коленного сустава растет, многие люди могут получить выгоду от имплантатов, которые лучше интегрируются с их телом.
Согласно новому исследованию, измятые покрытия могут помочь создать успешный имплантат, но только если можно точно контролировать размер канавок в покрытиях. Когда бороздки в покрытии достигают ширины около 2 микрометров, клетки человека начинают растягиваться и образовывать пальцеобразные придатки, прикрепляющиеся к бороздкам, которые более чем в 10 раз меньше костных клеток.
Джуха Мин, доцент кафедры химического машиностроения, наблюдает, как Мохаммед, докторант лаборатории Джоухи, смешивает реагенты для изготовления керамического покрытия. Фото: Джейкоб Робинс, лаборатория Мин, Мичиганский университет.
× закрыть
Джуха Мин, доцент кафедры химического машиностроения, наблюдает, как Мохаммед, докторант лаборатории Джоухи, смешивает реагенты для изготовления керамического покрытия. Фото: Джейкоб Робинс, лаборатория Мин, Мичиганский университет.
По мере того, как клетки ориентируются в окружающей среде, они также включают генетические переключатели, которые стимулируют развитие зрелых костных клеток или иммунных клеток, которые уменьшают воспаление. Когда ширина канавок покрытия меньше одного микрометра, ячейки не растягиваются. В результате костные клетки развиваются медленнее, а иммунные клетки начинают бороться с инородными телами и вызывать воспаление.
«Перейдя от нано-к микромасштабу, мы можем направить клетки ткани в пользу успешного имплантата», — сказал Мохаммад Асади Токмедаш, докторант химического машиностроения и первый автор исследования.
Новый метод изготовления покрытия, предложенный исследователями, позволяет им контролировать размер канавок. Сначала они слой за слоем наносят керамический материал на лист полистирола.
Когда керамика становится достаточно толстой, исследователи нагревают лист полистирола, заставляя его сжиматься. Прикрепленная керамика сжимается вместе с полистиролом, но также трескается и деформируется, поскольку она менее гибкая, чем полистирол. Образующиеся трещины и изгибы становятся канавками, в которые защелкиваются ячейки, а размер канавок контролируется толщиной керамических слоев, добавляемых поверх листа полистирола перед его нагревом.
У исключения из покрытия более мелких наноразмерных канавок есть один недостаток: они лучше предотвращают прилипание к нему патогенных бактерий, создавая шероховатую, колючую поверхность, которая повреждает клеточные мембраны бактерий. Более крупные микромасштабные бороздки могут быть идеальными для фиксации человеческих клеток, но они также предоставляют много места для бактерий, которые могут прятаться и расти на покрытиях.
Поскольку инфекция является еще одной основной причиной отказа имплантатов, в настоящее время команда работает над методом, который позволит их покрытиям убивать бактерии, а также обеспечит безопасные ручки для прикрепления человеческих клеток. Будущие эксперименты проверят их идею. Покрытия изучались в Мичиганском центре характеристики материалов.
Больше информации:
Мохаммад Асади Токмедаш и др., Разработчик микро-/наносмятых многослойных покрытий MXene, ускоряющих остеогенез и регулирующих поляризацию макрофагов, ACS Applied Materials & Interfaces (2024). DOI: 10.1021/acsami.3c18158
Информация журнала:
Прикладные материалы и интерфейсы ACS
2024-04-24 15:03:20
1713971835
#Мятые #покрытия #могут #предотвратить #выход #из #строя #медицинских #имплантатов
