ברוב העצמות השבורות, תאי העצם צומחים מחדש מעצמם בזמן שחולים לובשים יציקה או סד כדי לשמור על יציבות הפציעה. אך עבור שברים מורכבים או חמורים, מנתחים עשויים להתערב על ידי הנחת שתלים או פיגומים העשויים מחומרים ביולוגיים תואמים, או על ידי שימוש במכשירי קיבוע מתכת כדי להבטיח ריפוי ויישור עצם נאותים. בשיתוף פעולה עם מנתחים אורטופדיים, צוות בהובלת חוקרי הנדסה ביו -רפואית בפן סטייט יצר citraboneqmg, פיגום מתכלה משתופל לתמיכה מחדש מחדש של עצם שנעשה על ידי שילוב מגנזיום וגלוטמין עם חומצה לימונית. הם פרסמו מחקר על השתל שלהם, שעבורם הגישו בקשת פטנטים בארה"ב, ב התקדמות מדעית.
"על ידי שילוב מגנזיום וגלוטמין – שתי מולקולות קטנות שנמצאו באופן טבעי בגוף ובמזון – עם חומצת לימון, מצאנו כי המולקולות פועלות יחד כדי לקדם צמיחת עצמות על ידי עידוד חילוף החומרים האנרגטי התוך תאי מוגבר," אמר המחבר הראשון Hui XU, דוקטורט בדוקטורט בהנדסה ביו -רפואית, המייעץ על ידי פרופסור מעזר, עוזרים, דוקטורנטית.
החוקרים מצאו כי הוספת מגנזיום וגלוטמין לשתל מסורתי מבוסס חומצה לימונית בלבד, שאושרה על ידי ניהול המזון והתרופות האמריקני ובשוק, הגדילו את האנרגיה התוך תאית וסייעו בוויסות שני מסלולי אנרגיה החיוניים לצמיחת העצם, AMPK ו- MTORC1. המסלולים משמשים כמערכות בקרה בתוך התא, ומאזנים בין שימוש בדלק כך שלתאים יש אנרגיה לייצור עצם חדשה.
"המולקולות מווסתות במקביל את שני מסלולי האנרגיה, שהם שונים ממה שקורה בדרך כלל – בדרך כלל הן פועלות כמסור, האחד מזרז בזמן שהאחר מאט", אמר שו. "הפיגום מעלה למעשה תא עצם: שני חומרים מזינים פועלים בקשר סינרגיסטי עם חומצת לימון כדי לתת לתאי גזע יותר אנרגיה לצמוח ולהבדיל לתאי עצם, מה שמוביל לצמיחת עצם טובה יותר."
כדי לבדוק citraboneqmg, החוקרים השתילו את הפיגום הניסיוני שלהם לפגם גולגולתי של גולגולת החולדות והשוו את צמיחת העצם הנובעת מכך לחולדות עם שתל פיגום מבוסס לימון בלבד ואחד עם שתל חומר עצם מסורתי.
הם גילו כי לאחר 12 שבועות, citraboneqmg הגדילה את צמיחת העצם סביב הפגיעה הגולגולתית ב -56% בהשוואה לבעלי החיים עם הפיגום המבוסס על חומצה לימון ו -185% בהשוואה לבעלי החיים עם השתל חומר עצם מסורתי.
"שלוש המולקולות פועלות כמתכון לריפוי לעצם, סוללות את הדרך לדרך חדשה לחשוב על תיקון עצמות", אמר יאן. "לצד צמיחת עצם מהירה, ראינו גם התחדשות עצבים ותכונות נוגדי דלקת באתר הפיגום, שני יסודות החשובים לריפוי העצם לטווח הארוך."
שחרור המולקולות ישירות באתר הפציעה באמצעות הפיגום מסייע בהעברת ריכוז גבוה של חומרים מזינים ישירות למקום בו הם נחוצים ביותר, הסבירו החוקרים, במקום להסתמך על בליעה דרך הפה, שם רק אחוז קטן מגיע לאתר הפציעה.
בנוסף, החוקרים גילו כי פיגום הפולימר מכיל תכונות פוטולומינצנטיות ופוטו -אקוסטיות מובנות, המאפשרות לצלם אותו בקלות לאחר שהושתל באתר הפציעות.
"עם תכונות פוטו -אקוסטיות, ל- citraboneqmg יש פוטנציאל גדול למעקב in vivo, שם ניתן לאתר אותו על ידי אולטרסאונד מתחת לרקמה העמוקה", אמר שו.
בנוסף ל- Xu ו- Yan, מחברים משותפים הקשורים למדינה של פן כוללים את איתן גרהרד, רוחיטרג 'ריי ויוקי וואנג, סטודנטים לדוקטורט בהנדסה ביו-רפואית; סרי-ראג'סקהאר קותאפאלי, פרופסור חבר להנדסה ביו-רפואית; ואפריל ד. ארמסטרונג, פרופסור C. McCollister Evarts ויו"ר המחלקה לאורתופדיה ושיקום וראש שירות כתפיים ומרפקים, פן סטייט בריאות. לרשימה מלאה של מחברים ושייכותם, כמו גם סוכנויות המימון שתמכו במחקר זה, ראו התקדמות מדעיתו
