Биоинженеры создали умный имплант для заживления сложных переломов

Инженеры из Университета Коннектикута (UConn) представили имплантируемое устройство, которое сочетает каркас для роста кости и контролируемую электрическую стимуляцию для ускорения регенерации. Результаты опубликованы 27 июня в журнале Nano Energy.

Проблема и решение

Серьёзные переломы с потерей костной ткани плохо заживают сами по себе. Существующие методы электростимуляции часто требуют громоздких устройств с проводами или токсичными батареями, а также повторной операции для их извлечения. Новая разработка решает эти проблемы.

Как работает устройство

• Каркас (скаффолд) изготовлен из нетоксичного полимера PLLA (poly(L-lactic acid)).
• Электрическая стимуляция возникает благодаря пьезоэлектрическому эффекту: ультразвук, направляемый на область перелома через кожу, заставляет каркас вибрировать и генерировать слабое электрическое поле (порядка нескольких милливольт).
• Контроль: Стимуляцию можно включать и выключать дистанционно с помощью ультразвуковой «палочки», которую пациент может использовать самостоятельно. После заживления каркас PLLA безопасно рассасывается в организме, не требуя хирургического удаления.

Результаты и механизм

Устройство успешно протестировали на мышах с переломами черепа. По словам авторов, создаваемое электрическое поле имитирует естественные сигналы организма в месте травмы.

«Электрическое поле, создаваемое пьезоэлектрическим скаффолдом PLLA, по-видимому, привлекает костные клетки к месту перелома и способствует превращению стволовых клеток в клетки кости», — говорит Ритона Дас, первый автор статьи.

Будущие исследования

Учёные работают над улучшением материала для ускорения заживления и изучают фундаментальный механизм, благодаря которому электрические поля стимулируют рост кости. Кость сама по себе обладает пьезоэлектрическими свойствами, но неясно, как именно заряд влияет на клеточную активность.

«Как только мы поймём механизм, мы сможем разработать лучший способ улучшить материал и весь подход к тканевой стимуляции», — отмечает руководитель исследования Тхан Нгуен.