Nanoteknologi til regenerativ medicin

af professor Thomas Webster

Nanoteknologi byder nye engineering værktøjer, der kan hjælpe os med sigte på design problemer forbundet med at bygge bedre implantater. I forbindelse med biomedicinsk teknik, betyder den nyeste teknologiske fremskridt, at vi nu har evnen til at manipulere materialer (og deres overflader) med nanometer skala nøjagtighed. Dette giver os mulighed for at oprette biomaterialer med funktioner i samme størrelse som de proteiner og celler, som vores implantat vil interagere.

Forsøg på at få celler krydse konventionelle mellemstore materialer svarer til at bede et menneske til at rejse på tværs af forskydning klipper og forrevne dale, men nanomaterialer tilbyde et implantat grænseflade med funktioner, der mere ligner den naturlige væv, hvorpå celler normalt rejser (og skaber sig selv). Selv om der er andre grunde til nanomaterialer til at påvirke celler anderledes end konventionelle biomaterialer, ser det ud som om bare at gøre deres overflader ligner naturligt væv kan fremme cellevækst. ¹

Ovenstående resultat er vigtigt, fordi det centrale mål i at designe en effektiv implantat er at fremme væksten af ​​gode celler og modvirke aktiviteten af ​​dårlige celler. Gode ​​og dårlige er relative termer, men i tilfælde af knogle implantater, knogle cellevækst bør fremmes, og væksten af ​​bakterier og overdreven immun celle aktivitet bør undgås.

Den positive effekt af knogler cellevækst og den negative effekt af bakterier vækst på implantater er mere oplagt end at de skadelige virkninger af overaktiv immunceller. Meget gerne arvæv, der dannes på din hud, kan overaktive immunceller føre til, at kornet arvævsdannelse på overfladen af ​​implantater, der fører til implantatsvigt. Makrofager, celler, der er en del af kroppens immunforsvar, er blandt de biologiske spillere, der bidrager til arvævsdannelse inde i kroppen. Overdreven makrofag aktivering bør undgås for at undgå kornet væv dannes på overfladen af ​​implantatet.

Nyere undersøgelser er begyndt at bekræfte, at nanoteknologi kan bruges til at designe en mere effektiv implantat. Det er nu muligt at lave implantat overflader, der mere ligner indfødte knogle i både overflade ruhed og kemi end traditionelle implantater. Disse nye biomimetiske overflader er biokompatible og viser god knogle cellevækst. ² Det samme gælder for mange andre organer i kroppen fra hjertet til hjernen.

Derudover bare at ændre implantatets overflader, der skal nanorough har positive resultater. Disse nanorough overflader gør det muligt selvstændigt at modulere vækstrater af knogle celler, bakterier og immunceller på overfladen af ​​implanterede materialer. For eksempel er ar danner makrofag celler mindre aktive om nanomaterialer end på konventionelle biomaterialer, mens knogle celler er mere aktive om nanomaterialer. ^{3 , 4} Ud over dette resultat, vragrester slid fra implantater med nanoskala overflade funktioner er mindre giftigt for det omgivende væv end fra konventionelle implantater. ⁵ Desuden har nyere undersøgelser vist, at nanostrukturerede overflader reducerer bakteriel kolonisering. ^{6 , 7} Ovenstående resultater tyder på, at nanoteknologi kan bruges til at designe en mere effektiv implantat reducere behovet for revision kirurgi.

Referencer

1. Bruder JM et al. 2007, J Biomater Sci Polym Ed., 18 (8) :967-82.
2. Zhang et al. 2008, Int J Nanomedicin, 3 (3): 323-334.
3. Khang U et al. 2009, Acta Biomater. 5 (5) :1425-32.
4. Webster et al. 2000, biomaterialer, 21 (17) :1803-10.
5. Gutwein et al. 2003, biomaterialer, 25 (18) :4175-83.
6. Puckett, SD et al. 2009 Biomaterialer 31 (4), 706-713
7. Taylor DA et al. 2009 Int. J Nanomedicin. 4:145-52

Copyright AZoNano.com, professor Thomas Webster (Brown University)