Механическая прочность каркаса для костной тканевой инженерии

Изучения механической прочности необходимы для того, чтобы обеспечить способность каркаса выдерживать механические нагрузки в имплантированной среде, так же как поддерживать окружающие ткани, что особенно важно для применения в костной тканевой инженерии. Обычно проводятся компрессионные механические испытания. Эти испытания, для которых необходимы цилиндрические образцы, чья высота вдвое больше диаметра, помогают выяснить силу, необходимую для сжатия образца, чтобы определить параметры, такие как модуль и прочность на излом.

Вообще, материал сначала должен быть испытан в виде твердого тела, чтобы определить его свойства, а потом можно проводить последующие испытания с пористыми материалами. Исследования пористых каркасов должны проводиться как на сухих каркасах, так и на каркасах, смоченных в соответствующем растворе, так как влажные каркасы могут иметь значительно отличающиеся механические свойства.

Хотя механические свойства каркасов тканевой инженерии могут значительно различаться, даже для костного применения, общим принципом являются свойства наполнителя, губчатая кость: модуль 50 – 100 МРа и прочность на излом 5 – 10 МРа. В центре, однако, должна быть прочность каркаса, необходимая для поддержания заживления и формирования костной ткани. Требует ли это от каркасов, описанных выше, равные свойства или ниже, чем те, что имеет губчатая кость, все еще остается неясным. Наконец, первоначальная причина того, что каркасы костной тканевой инженерии часто обладают низкими механическими качествами, в их случайной пористой структуре. В целом, объемные материалы обладают значительными механическими качествами, но эти качества теряются, когда материал преобразуется в пористый каркас с использованием таких технологий как введение порогена. Это ясно демонстрирует тот факт, что более простые технологии, описанные раньше, такие как быстрое моделирование и стереолитография, могут значительно продвинуть исследования каркасов для новой костной тканевой инженерии.

Контролируемое высвобождения морфогенов и стимуляторов роста из биоразлагаемых полимеров поли(DL-молочная кислота, PLGA) и полиэтиленгликоль (PEG) являются важнейшей областью для тканевой инженерии. Биоразлагаемые блок сополимеры PLGA и PEG являются оптимальной системой носителя для BMP2. Рекомбинантный BMP4 и очищенный BMP3 связываются с молекулами коллагена типа I и IV и гепарина.

Сравнение нескольких систем носителей показало, что именно коллаген является такой оптимальной системой для костной индукции. Вероятно, в натуральном деминерализованном костном матриксе BMP связываются с каркасом коллагенового внеклеточного матрикса. Роль биомиметического материала в доставке рекомбинантных BMP для костной тканевой инженерии очень зависит от фармакокинетики высвобождения BMP. Локальное депонирование BMP биомиметическими материалами, такими как коллагеновые губки, гидроксиапатит или смесь коллагена и гидроксиапатита, может иметь существенное влияние на остеоиндукцию, как средство тканевой инженерии. Клетки могут трансплантироваться в различных матрицах.


J.P. Fisher and A.H. Reddi, Functional Tissue Engineering of Bone: Signals and Scaffolds
Перевод Борисовой Марины