Forscher entwickeln weiches Gewebe-Ersatz mit weniger Nebenwirkungen: Wenn Sie erfolgreich in Studien am Menschen, würde dieses Produkt verringern die Notwendigkeit für Implantate, Transplantate oder Gewebe

Ein team von plastischen Chirurgen und material-Wissenschaftler einen wichtigen Fortschritt in der Behandlung der häufigsten klinischen problem des weichen Gewebes Verlust. Sie haben erfunden, eine synthetische weiche Gewebe zu ersetzen, ist gut verträglich und regt das Wachstum von Weichgewebe und Blutgefäße. Dieses neue material behält seine Form, ohne zu dichten, die Bewältigung von Herausforderungen, die mit der aktuellen tissue Füllstoffe, die dazu neigen, entweder zu weich oder nicht porös genug, um die Zellen bewegen sich in und starten nachwachsenden Gewebe. Ein Bericht über diese Arbeit erscheint heute in Science Translational Medicine.

„Als plastischer Chirurg, sehe ich Patienten jeden Tag, verlieren weiches Gewebe wie Haut, Fett und Muskeln von Krebs Operation, trauma oder anderen Bedingungen. Zurzeit sind unsere Möglichkeiten begrenzt sind Implantate, die geplagt sind von fibrosen und anderen Problemen, oder ‚leihen‘ Gewebe von anderswo im Körper, die Ursache kann die Deformität auch dort“, sagt Sashank Reddy, M. D., Ph. D., ein Lehrer in der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie an der Johns Hopkins University School of Medicine und medical director bei Johns Hopkins Technology Ventures.

„Die Natur verabscheut ein Vakuum, und Weichteil-defekte können den Vertrag, verformen und füllen Sie mit der Narbe. Um zu rekonstruieren, diese Mängel, die wir oft bewegen Fett von einem Teil des Körpers zu einem anderen mit einem Prozess namens fat grafting. Dies ist nicht immer erfolgreich, da in der Regel die Hälfte der transplantierten Fett wirst sterben, nachdem es transplantiert, und es ist oft schwer vorherzusagen, wie gut diese Verfahren funktioniert“, sagt Justin Sacks, M. D., M. B. A., stellvertretender Vorsitzender des klinischen Operationen und associate professor für Plastische und rekonstruktive Chirurgie an der Johns Hopkins University School of Medicine.

Vor einigen Jahren, Reddy und Säcke heran Hai-Quan, Mao-um die Entwicklung eines Materials, dass könnte es Ihnen ermöglichen, zu tun, weniger invasive Operationen zu ersetzen verlorenes Weichgewebe. Sie wollten einen besseren Weg finden, um Patienten zu helfen, während die Vermeidung einige der Risiken des Eingriffs.

„Das war ein Interessantes problem zu bewältigen, die aus technischer Sicht“, sagt Hai-Quan Mao, Ph. D., professor für Materialwissenschaften und ingenieurwesen an der Whiting School of Engineering und biomedical engineering an der Johns Hopkins University School of Medicine und associate director des Instituts für Nanobiotechnologie an der Johns Hopkins. „In der Regel ein gel-ähnliches material, das porös genug für die Zellen zu verbreiten, innen zu weich ist, um in der Lage zu halten seine Form und ein material, das in der Lage ist, behalten Ihre Form, wenn Sie platziert in die Weichteile Mängel ist Umgekehrt zu dicht, als dass die Zellen wachsen können. Wir brauchten wirklich zu synthetisieren, ein neues material, das ist weich und porös und dennoch belastbarer-fast wie Fettgewebe oder Jell-O.“

Da Fett oft verwendet wird, zu füllen Raum, während die rekonstruktive Chirurgie, begann das team mit der Untersuchung der Struktur und physikalischen Eigenschaften des fettes. Sie verwendet echte menschliche Fett, sowie Tierische Fette und gemessen, alles über Sie-wie elastisch es ist, wie zäh und wie federnd. Sie hat auch untersucht, deren mikroskopischer Struktur, die besteht aus großen Zellen, die rund um eine faserige matrix — der extrazellulären matrix — das verleiht Form und Stabilität zu Fettgewebe. Einmal hatten Sie diese Messungen, begannen Sie zu Experimentieren. Sie argumentierten, dass das material benötigt, um sicher und gut verträglich, so begannen Sie mit einem so genannten hydrogel aus Hyaluronsäure, ein natürlich vorkommender Bestandteil der körpereigenen extrazellulären matrix. Weitere Hyaluronsäure wird bereits in mehr als 90 Prozent der kommerziellen kosmetische dermal fillers in den Vereinigten Staaten. Aber das hydrogel allein kann nicht behalten Ihre Form unter Beibehaltung der Porosität, sagt Mao; vielmehr verformt wird auch einfach an den Ort der Reparatur im Körper. So hat Sie eine weitere material, um das hydrogel zu helfen, geben Sie es einige Steifigkeit. Das research-team wandte sich an polycaprolactone (PCL) – Fasern, das gleiche material verwendet in einigen resorbierbaren Fäden.

„Diese Fasern sind etwa ein Hundertstel des Durchmessers eines menschlichen Haares, aber auch in dieser Größe, wussten wir, wir hatten zu begrenzen, wie viel wir verwendet haben. Zu viel und das resultierende material wäre zu dick, um zu injizieren, durch eine dünne Nadel,“ sagt Russell Martin, Ph. D., ein postdoctoral fellow in materials science and engineering an der Johns Hopkins, leitete dieses Projekt. So brachen Sie die Fasern in kurze Stücke, vermischt Sie in hydrogel, und durch eine Chemische Reaktion, verursacht die Fasern zu binden, die mit dem hydrogel zu bilden, was heißt composite.

Um für die composite-arbeiten, wie erhofft, hatte es entsprechend der Steifigkeit des umgebenden Gewebes, noch porös genug für die Zellen in diesem Gewebe zu bewegen. Damit das team den ersten Experimenten mit Labor-grown menschlichen Blutgefäß-Zellen und Fett-Stammzellen, um herauszufinden, was Arten von Bedingungen begünstigen würde-Zellen infiltrieren in das composite zu wachsen. Sie verglichen Reine hydrogel mit dem neuen composite-material, die beide mit einem ähnlichen Grad der Steifigkeit. Sie fanden, dass die Zellen nicht in der Lage waren zu penetrieren reinen hydrogel, aber nicht nur Sie waren die Zellen in der Lage zu bewegen, in die composite -, Sie bilden Netzwerke, die sah aus wie Blutgefäße.

„Wir fanden in der composite -, dass die Nanofasern waren gut verteilt und erzeugt eine Struktur ähnlich wie die von Fett, also das war wirklich ermutigend“, sagt Reddy. Dann testeten Sie die composite-durch Injektion unter die Haut von Ratten. Über einen Zeitraum von mehreren Wochen, Ratten injiziert mit dem Komposit entwickelt, neue Blutgefäße innerhalb der injizierten composite, in der Erwägung, dass Ratten injiziert mit hydrogel nur nicht zeigen, erhebliche Bildung von Blutgefäßen.

So dann wollte das team zu imitieren, um ein weiches Gewebe-Reparatur-Szenario mit dem composite zu sehen, wie gut es funktionieren würde. Mit Kaninchen, die Sie entfernt 1 Kubikzentimeter Fett von der Flanke, dann injiziert, die gleiche Seite mit entweder composite-oder hydrogel. Dieses Volumen orientiert sich an dem einzelnen Tröpfchen von Fett, die übertragen werden, derzeit in der klinischen Fett Pfropfung. Die Ergebnisse nachgeahmt, was gesehen wurde in der Ratten-Experimente mit wesentlich besseren Gewebe einwachsen in die composite.

„Wir sind wirklich begeistert von diesem material, wie es bietet eine gute Grundlage für andere Arten von Studien und verwendet in die Zukunft“, sagt Reddy.

„Als Ingenieur, ist es üblich, für uns, etwas zu erfinden, dann versuchen Sie, um die Menschen, es zu benutzen. In diesem Fall, die Notwendigkeit kam von den Patienten und Chirurgen in der Klinik haben wir es auf die Bank, und jetzt sind wir auf unserem Weg zu bringen, die Lösung zurück in die Klinik; wir haben fast verschwunden der Kreis“, sagt Mao.

Das team hofft, dies zu testen, composite bei Patienten mit Weichteil-Defizite innerhalb eines Jahres.