Neue Technologie bietet Versprechen für das Engineering einen besseren Weg, um Knochen im Körper wieder aufzubauen

Traumatischen Knochenverletzungen wie Hoch Wunden sind oft so stark, dass der Körper nicht wirksam die Beschädigung von sich reparieren. Um die Wiederherstellung zu helfen , Ärzte injizieren Patienten mit Proteine, so genannte Wachstumsfaktoren. Die Behandlung ist kostspielig, da große Mengen teurer Wachstumsfaktoren. Die Wachstumsfaktoren auch zu verteilen , wodurch unerwünschte Knochenbildung in der Umgebung der Verletzung.

Eine neue Technologie in der Entwicklung an der Georgia Institute of Technology könnte eines Tages eine effizientere Bereitstellung von Knochen regenerierende Wachstumsfaktoren mit größerer Genauigkeit und zu geringeren Kosten .

In einer neueren Studie gebunden Forscher die meisten klinisch verwendeten Wachstumsfaktormit Mikropartikeln des Wirkstoffs Heparin in Konzentrationen von bis zu 1000 - fach höher als zuvor berichtet. Der Wachstumsfaktor , genannt bone morphogenetic protein -2 ( BMP -2) , blieb auch bioaktive nach längerer Zeit aufgewendet, um die Mikropartikel gebunden .

" Das Ergebnis ist eine effizientere und räumlich kontrollierte Abgabe dieses sehr stark und sehr wertvolles Protein ", sagte Todd McDevitt , Associate Professor in der Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering an der Georgia Tech und Emory University . McDevitt ist auch der Direktor der Georgia Tech Stem Cell Engineering Center .


Forscher begrenzen die meisten klinisch verwendeten Wachstumsfaktor, BMP-2, mit Mikropartikeln des Wirkstoffs Heparin in Konzentrationen von bis zu 1000 - fach höher als zuvor berichtet.
Bildnachweis: Todd McDevitt / Rhys Schwarz

Die Studie wurde von der National Institutes of Health (NIH) und der National Science Foundation (NSF) gefördert. Die Forschungsergebnisse wurden in der Online -Ausgabe der Zeitschrift Biomaterials veröffentlicht . Die Arbeit war eine gemeinsame Anstrengung von mehreren Labors, die Teil der Georgia Tech Petit Institut für Bioengineering und Bioscience sind . Marian Hettiaratchi , ein Doktorand in McDevitt Labor , war der Hauptautor des Papiers .

" Dieses Papier ist ein hervorragendes Beispiel für die Art der Zusammenarbeit der interdisziplinären Forschung Erfolg, der durch drei unabhängige Forschungsgruppen arbeiten zusammen zur Lösung ein erhebliches Problem ist aktiviert ", sagte Robert Guldberg , Geschäftsführender Direktor des Instituts für Petit Bioengineering und Bioscience . "Wir sind sehr begeistert über das Potenzial für die Heparin- Mikropartikel- Technologie, um die Sicherheit und Wirksamkeit des rekombinanten Proteins Lieferung für die Geweberegeneration klinische Anwendungen zu verbessern. "

Das Forscherteam entwickelte ein Verfahren zur Herstellung reiner Heparin Mikropartikel aus einer modifizierten Heparin Methacrylamid Arten, die thermisch sein, Wachstumsfaktoren vernetzt. Die Technologie vermeidet die sperrige Materialien, die derzeit verwendet werden, um Wachstumsfaktoren liefern .

Heparin ist ein häufig verwendetes Antikoagulans mit chemischen Eigenschaften, die sie ideal für die Bindung an Wachstumsfaktoren machen . Die Forscher fanden heraus , dass Heparin Mikropartikel gebunden BMP-2 mit hoher Affinität , der über dem Höchst berichteten Wachstumsfaktor -Bindungskapazität von anderen Heparin -haltigen Biomaterialien von mehr als 1000 -fach.

Strom BMP-2 Abgabetechniken verwenden einen Kollagenschwamm , der große Mengen des Arzneimittels in einem anfänglichen Burst freigibt. Um die hohe Anfangsdosis zu kompensieren, wird überschüssiges Wachstumsfaktor in den Schwamm eingelegt , was zu nicht-spezifischen und ineffiziente Abgabe des Arzneimittels . Die neue Studie berichtet, dass BMP-2 waren fest gebunden an die Heparin -Mikropartikel , so dass es sich langsam über die Zeit freigesetzt. Nach 28 Tagen war gerade 25 Prozent der Wachstumsfaktor aus den Mikropartikeln freigelassen worden .

" Die in dieser Arbeit entwickelten Mikropartikel haben eine extrem hohe Belastbarkeit für BMP-2 , die einen Vorteil gegenüber aktuellen Technologien darstellt ", sagte Johnna Temenoff , Associate Professor in der Abteilung Coulter . " Diese Mikroteilchen können hohe Konzentrationen von Protein-Therapeutika in einem Bereich der Gewebeschädigung , ohne dabei große Mengen an Biomaterial, das dazu berechtigt sind, Raum und Gewebeneubildung verhindern lokalisieren. "

BMP-2 ebenfalls ihre Bioaktivität aufrechterhalten , wie es von der Mikropartikel während eines in vitro Tests freigesetzt. BMP -2- beladenen Mikropartikel in physischen Kontakt mit der Zellkultur stimuliert auch eine Erhöhung der Anzahl der Zellen.

Zukünftige Arbeiten an dem Projekt wird es sein, sicherzustellen, dass der Wachstumsfaktor behält seine biologische Aktivität in vivo , wenn sie den Heparin Mikropartikel gebunden .

"Wenn wir eine robustere Antwort tatsächlich mit weniger Wachstumsfaktor zu erhalten, dann denke ich, dass wir auf dem richtigen Weg , die eine effizientere Fördersystem sein kann «, sagte McDevitt .