Gerry Koons, uno studente MD / PhD presso Rice e Baylor College of Medicine, prepara un bioreattore stampato 3D per i test. (Credito: Jeff Fitlow / Rice)

Una nuova tecnica fa crescere l'osso vivo per riparare le lesioni craniofacciali attaccando un bioreattore stampato 3D - fondamentalmente uno stampo - a una costola.

Le cellule staminali e i vasi sanguigni della costola si infiltrano nel materiale dell'impalcatura nello stampo e lo sostituiscono con osso naturale su misura per il paziente.

Il bioingegnere Antonios Mikos, un pioniere nel campo dell'ingegneria dei tessuti, ei suoi colleghi hanno combinato le tecnologie che hanno sviluppato durante un programma decennale. L'obiettivo è far progredire la ricostruzione craniofacciale sfruttando i naturali poteri di guarigione del corpo.

I ricercatori hanno sviluppato una tecnica per coltivare impianti ossei su misura per riparare le lesioni dell'osso mascellare dalla costola del paziente. (Credito: Mikos Research Group)

La tecnica è in fase di sviluppo per sostituire le attuali tecniche di ricostruzione che utilizzano tessuti di innesto osseo provenienti da diverse aree di un paziente, come la parte inferiore della gamba, dell'anca e della spalla.

Sostituto osseo

"Una grande innovazione di questo lavoro è sfruttare un bioreattore stampato in 3D per formare l'osso cresciuto in un'altra parte del corpo mentre eliminiamo il difetto nell'accettare il tessuto appena generato", afferma Mikos, professore di bioingegneria e ingegneria chimica e biomolecolare a Rice Università e membro della National Academy of Engineering e National Academy of Medicine.

"Studi precedenti hanno stabilito una tecnica per creare innesti ossei con o senza il proprio apporto di sangue da osso reale impiantato nella cavità toracica", afferma il coautore Mark Wong, professore, cattedra e direttore del programma del dipartimento di chirurgia orale e maxillo-facciale della Scuola di odontoiatria presso l'Università del Texas Health Science Center di Houston.

“Questo studio ha dimostrato che potremmo creare innesti ossei vitali da materiali sostitutivi ossei artificiali. Il vantaggio significativo di questo approccio è che non è necessario raccogliere l'osso di un paziente per realizzare un innesto osseo, ma che possono essere utilizzate altre fonti non autogene ", afferma.

Maglia e coperta

Per dimostrare il loro concetto, i ricercatori hanno commesso un difetto rettangolare nelle mandibole delle pecore. Hanno creato un modello per la stampa 3D e stampato uno stampo impiantabile e un distanziatore, entrambi realizzati in PMMA, noto anche come cemento osseo. L'obiettivo del distanziatore è promuovere la guarigione e impedire al tessuto cicatriziale di riempire il sito del difetto.

Hanno rimosso abbastanza osso dalla costola del modello animale per esporre il periostio, che fungeva da fonte di cellule staminali e vascolarizzazione per seminare materiale dell'impalcatura all'interno dello stampo. I gruppi di test hanno incluso ossa di costole schiacciate o fosfato di calcio sintetico per realizzare l'impalcatura biocompatibile.

Lo stampo, con il lato della nervatura aperto per creare un'interfaccia stretta, è rimasto in posizione per nove settimane prima di essere rimosso e trasferito sul sito del difetto, sostituendo il distanziatore. Nei modelli animali, il nuovo osso lavorato a maglia sui tessuti vecchi e molli cresceva e ricopriva il sito.

Perché costole?

"Abbiamo scelto di utilizzare le costole perché sono facilmente accessibili e una ricca fonte di cellule staminali e vasi, che si infiltrano nell'impalcatura e si trasformano in nuovo tessuto osseo adatto al paziente", afferma Mikos. "Non sono necessari fattori di crescita esogeni o cellule che potrebbero complicare il processo di approvazione normativa e la traduzione in applicazioni cliniche".

Le costole offrono un altro vantaggio. "Possiamo potenzialmente far crescere nuovo osso su più costole allo stesso tempo", afferma il coautore Gerry Koons, uno studente MD / PhD presso Rice e Baylor College of Medicine che attualmente lavora nel laboratorio di Mikos.

L'uso del PMMA per lo stampo e il distanziatore è stata una decisione semplice, afferma Mikos, poiché è stato regolamentato come dispositivo medico per applicazioni biologiche per decenni. Nella seconda guerra mondiale, quando gli aerei da combattimento usavano parabrezza in PMMA, i medici notarono che i frammenti incorporati nei piloti feriti non causavano infiammazione e quindi lo consideravano benigno. Mentre l'obiettivo iniziale dello studio è migliorare il trattamento delle ferite sul campo di battaglia, il quadro generale include anche interventi civili.

I risultati appaiono nel Atti della National Academy of Sciences.

Informazioni sugli autori

Altri coautori provengono da Rice; l'Università del Texas Health Science Center di Houston; Baylor College of Medicine; Synthasome, Inc., San Diego; e Radboud University Medical Center, Paesi Bassi.

L'Istituto di medicina rigenerativa delle forze armate ha finanziato la ricerca. Un ulteriore supporto per la ricerca è venuto dal National Institutes of Health, dalla Osteo Science Foundation, dal Barrow Scholars Program e dalla Robert e Janice McNair Foundation.

Fonte: Rice University

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