Gewebe-Ingenieure können aus einer breiten Palette von lebenden Zellen, Biomaterialien und Proteine für die Reparatur ein Knochendefekt. Aber der Suche nach der optimalen Kombination erfordert verbesserte Methoden für die Beobachtung der Heilungsprozess.
New Georgia Tech Forschung auf bessere Wege zu heilen und regenerieren Knochen mit microcomputed-Tomographie (Mikro-CT) Bildgebung - ein Prozess, 1 Million mal detaillierter als eine traditionelle CT-Scan. Die neue Mikro-CT-Scan-Technik sieht gleichzeitig an beiden Vaskularisierung (der Prozess, durch den Blutgefäße eindringen Körpergewebe während der Reparatur) und Mineralisierung (der Prozess, durch den mineralische Kristalle Form zu härten regenerierenden Knochen) durch das Sammeln von drei-dimensionale Bilder in vitro-und In - vivo.
Georgia Tech Forscher nutzten die neue Technik, um die Entwicklung Knochenersatzstoffe, die die Verfügbarkeit und die strukturelle Integrität der Knochen Allotransplantation, Knochen oder Transplantate, die aus einem menschlichen Spenders, mit dem eine bessere Heilung Eigenschaften von Knochen autografts, Knochen oder Transplantate aus dem Patienten.
Im Gegensatz zu herkömmlichen x-ray, dass nur zeigt das Vorhandensein von Knochen in zwei Dimensionen, die neue Mikro-CT-Technik bietet hochauflösende 3-D-Bilder der Vaskularisierung und Mineralisierung während Knochen reparieren. Dieser Ansatz ermöglicht Gewebe-Ingenieure zur Optimierung der Konstruktion von Implantaten.
Die Ergebnisse des Projekts unter der Leitung von Dr. Robert Guldberg, ein Forschungs-Direktor an der Georgia Tech / Emory Center für das Engineering der Lebens-Gewebe und ein Junior-Professor in Georgia Tech's School of Mechanical Engineering, wird der 20. Februar, auf der jährlichen Sitzung der amerikanischen Vereinigung zur Förderung der Wissenschaften (AAAS).
"Wir sind der Anwendung 3-D-Imaging-Techniken zu quantifizieren Vaskularisierung und Mineralisierung, um zu bewerten, welche dieser Tissue-Engineering-Ansätze wird in der Lage, am besten und am schnellsten wieder Knochen-Funktion", sagte Guldberg. "Wir haben immer gewusst, dass Vaskularisierung ist sehr wichtig, Knochen reparieren, aber wir haben nie wirklich hatte eine gute Methode zur Messung der Prozess."
Guldberg hat das Team verwendet Mikro-CT-Bildgebung zur Untersuchung eine Heilung von Knochenbrüchen und Reparatur von großen Knochendefekten, die sich aus der Entfernung von Knochen-Tumoren oder Brech-Verletzungen. Große Knochendefekte sind in der Regel repariert mit Allotransplantation, weil große strukturelle Stücke sind von menschlichen Spendern.
Aber Allotransplantation verarbeitet werden, zu vermeiden Übertragen von Krankheiten vom Spender zum Patienten, die aus dem Knochen steriles, aber tot ist. Allotransplantation daher Fehlen von lebenden Zellen könnte dazu beitragen, dass die Implantate eine bessere Integration mit den bestehenden Knochen. Folglich ist sie nicht heilen sowie autografts und kann wieder-Pause in bis zu 30 Prozent der Patienten innerhalb eines Jahres. Live Autotransplantat Knochen integriert viel besser, aber große Mengen von Knochen sind erforderlich, um Reparatur einer Website. Sie sind oft zu groß, um an anderer Stelle in der Patient den Körper und verursachen erhebliche zusätzliche Schmerzen.
Georgia Tech's Mikro-CT-Bildgebung Anlage wurde für die Studie Tissue-Engineering-Ansätze zur Verbesserung oder Ersatz für die Verwendung von Knochen-Transplantationen klinisch. Guldberg und seine Mitarbeiter an der Universität von Rochester, zum Beispiel, haben erforscht verschiedene Strategien zur Wiederbelebung tot Allograft Knochen. Umhüllung Allotransplantation mit Biomaterialien mit lebenden Zellen oder Knochenmark liefert bioaktive Gene hat dazu geführt, dass erheblich beschleunigt Reparatur und Integration von Allograft Implantate.
Während einer traditionellen Knochen-Scan kann ein Arzt eine Vorstellung einer Dichte der Knochen, ein Mikro-CT-Scan, die hohe Auflösung 3-D-Daten über die Vaskularisierung und Mineralisierung kann viel detailliertere Informationen über die Struktur der Knochen und Blutfluss. Obwohl noch nicht verfügbar klinisch, diese Techniken geben Forscher ein noch nie da gewesenen Tiefe von Daten über, wie ein Knochen-Implantat ist die Integration in den Körper.
Neben der Untersuchung Knochenregeneration, die Fähigkeit, sich auf detaillierte 3-D-Bilder der Kreislauf-Netze können Aufschluss über die Forschung im Kreislauf-Verletzungen, Disc-Degeneration in den Rücken und helfen, Tumore frühzeitig erkennen, durch die Identifizierung von Bereichen erhöhte Vaskularisierung (die häufig angeben, Tumor Wachstum).
Kontakt: Megan McRainey
megan.mcrainey @ icpa.gatech.edu
Georgia Institute of Technology