Исследования на крысах показали, что CitraBoneQMg ускоряет рост костей на 185%, демонстрируя перспективу более быстрого и эффективного восстановления после переломов.
В пробирке находятся костные имплантаты CitraBoneQMg, которые исследователи использовали в исследовании.
Кейлеб Крейг/Университет штата Пенсильвания.
Переломы костей часто срастаются естественным образом со временем, с помощью гипса или ортопедического корсета. Но при сложных или тяжёлых переломах врачи прибегают к имплантатам или хирургическим устройствам.
Теперь исследователи из Университета штата Пенсильвания утверждают, что им удалось создать биоразлагаемый каркас, который может ускорить выздоровление и одновременно снизить риск осложнений.
Новый имплантат CitraBoneQMg сочетает в себе магний и глутамин с лимонной кислотой для стимуляции роста костей.
«Объединив магний и глутамин — две небольшие молекулы, которые естественным образом присутствуют в организме и в пище, — с лимонной кислотой, мы обнаружили, что молекулы работают вместе, способствуя росту костей за счет стимулирования повышенного внутриклеточного энергетического обмена», — сказал Хуэй Сюй, докторант и первый автор исследования.
Этот каркас не просто заменяет утраченную ткань. Он активирует клеточные энергетические системы, которые подталкивают стволовые клетки к превращению в костные клетки, что приводит к более быстрому и эффективному восстановлению.
Наполнение костей энергией
Исследователи сравнили CitraBoneQMg с существующими каркасами, изготовленными только из лимонной кислоты (уже одобренными Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США), а также с традиционным имплантатом из костного материала.
Добавление магния и глутамина изменило ситуацию. Эти молекулы регулируют два ключевых энергетических пути в клетках: AMPK и mTORC1. Обычно они действуют как качели: одни поднимаются, другие опускаются. Но в новой структуре они работали вместе.
«Этот каркас по сути снабжает энергией костную клетку: оба питательных вещества действуют в синергетическом взаимодействии с лимонной кислотой, давая стволовым клеткам больше энергии для роста и дифференциации в костные клетки, что приводит к лучшему восстановлению костей», — пояснил Сюй.
При испытании на крысах с дефектами костей черепа результаты оказались поразительными.
Через 12 недель CitraBoneQMg усилил рост костей на 56% по сравнению с каркасами на основе лимонной кислоты и на 185% по сравнению с традиционными имплантатами.
Помимо костей, более широкое лечение
Преимущества выходят за рамки восстановления костей. «Эти три молекулы действуют как рецепт исцеления костей, открывая путь к новому подходу к восстановлению костей», — сказала Су Янь, соавтор и доцент-исследователь.
«Помимо быстрого роста костей, мы также увидели регенерацию нервов и противовоспалительные свойства в месте установки каркаса — два элемента, которые важны для долгосрочного заживления кости», — добавил Ян.
Доставка молекул непосредственно к месту повреждения через каркас обеспечивала высокую концентрацию там, где это было наиболее необходимо. В отличие от этого, пероральные добавки достигают кости лишь в небольших количествах.
Команда также обнаружила преимущество, изначально заложенное в конструкции CitraBoneQMg, в визуализации. CitraBoneQMg обладает фотолюминесцентными и фотоакустическими свойствами, что позволяет обнаружить его в глубоких тканях с помощью ультразвука. «Благодаря фотоакустическим свойствам CitraBoneQMg обладает большим потенциалом для отслеживания in vivo», — сказал Сюй.
Исследователи из Университета штата Пенсильвания считают, что их конструкция может в будущем кардинально изменить подход хирургов к восстановлению костей. Их работа сочетает материаловедение и биологию, создавая метод лечения, стимулирующий более быстрое восстановление организма.
Группа ученых, работающая совместно с хирургами-ортопедами, подала заявку на патент в США и опубликовала свои выводы в журнале Science Advances.
Sourse: interestingengineering.com
