211service.com
Gendannelse af beskadigede knæ
Carson Palmer, Cincinnati Bengals' startende quarterback, var en NFL MVP-udfordrer i 2005, indtil han pådrog sig en rift i sit forreste korsbånd (ACL), knæets vigtigste støttestruktur, som ofte er skadet i sport. Kirurgisk rekonstruktion er typisk påkrævet for at reparere ledbåndet, men nuværende metoder tager fortsat betydelig restitutionstid, hvor en patient kan lide tab af styrke og funktion. Nu har forskere ved University of Virginia biokonstrueret en ny ACL-erstatning ved hjælp af en 3-D polymerfiberfletteproces. Det er det første syntetiske stilladsdesign, der demonstrerer exceptionel vævsregenerering og heling, og det kan føre til en lovende ligament-erstatningsteknologi.
Vores mål var at regenerere ACL ved hjælp af klassiske designprincipper fra teknik og materiale, der har mekaniske egenskaber, der efterligner den naturlige ACL, siger Cato Laurencin , teamleder og formand for University of Virginia Department of Orthopedic Surgery. Hans hold fandt ud af, at det kunne bruge sit nyudviklede syntetiske polymersystem med ACL-celler til at rekonstruere ligamentet og producere neoligamentvæv. Enhver løsning, der kan udtænkes for at fremskynde helingen og den langsigtede funktion, er enormt vigtig for patienterne, siger Laurencin.
Den nuværende kirurgiske behandling kræver, at en ortopædkirurg fjerner den afrevne ACL og erstatter den med et nyt ledbånd lavet enten af autograftvæv, som tages fra en patients eget sunde væv (normalt fra en senestrimmel under knæskallen eller baglåret), eller fra allograftvæv, som er taget fra et lig. For at gøre dette bores huller på de steder på skinnebenet og lårbenet, hvor ACL hæfter, og det nye ledbånd føres gennem hullerne og holdes på plads med skruer. Uanset om der anvendes autograft- eller allograftvæv, kræver behandlingen en omfattende helingstid, der spænder fra, afhængigt af rivens sværhedsgrad, seks måneder til et år, hvor patienten muligvis skal bære en bøjle eller bruge krykker og gennemgå fysioterapi. Palmer brugte de sidste to af næsten seks måneders genoptræning på fire til seks timers styrke- og fleksibilitetsarbejde om dagen med en præstationscoach. Dette resulterede i, at han var omkring 80 procent restitueret ved starten af fodboldtræningslejren.
Flere grupper har udforsket ledbåndslignende stilladser ved hjælp af kollagenfibre, silke og kompositter, men med begrænset succes. Der har bare ikke været særlig meget vellykket arbejde udført på vævstekniske ledbånd, siger Robert Langer , professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab ved MIT. Dette [Laurencins teams arbejde] er en meget betydningsfuld opdagelse. Jeg har ikke set nogen gøre, hvad de gør med ledbånd før.
ACL-erstatningen udviklet af Laurencins team bruger en klinisk dokumenteret, FDA-godkendt biokompatibel polymer, polyL-lactid (PLLA), som ofte bruges i lægemiddelleveringssystemer, biomedicinsk udstyr, knogleplader og suturer. Laurencins team bruger polymeren til at stabilisere knæet, mens stilladset fremmer regenereringen af nyt ligamentvæv. Polymeren er et absorberbart materiale: dets mekaniske egenskaber og masse aftager med tiden og på en måde, der tillader en gunstig biologisk respons.
Designet af det syntetiske stillads muliggør en gradvis opløsning af det syntetiske materiale og fremmer optimal ligamentcellevækst til dannelse af et neoligament, forklarer Laurencin. Ved at bruge en proces, som han refererer til som 3-D polymerfiberfletning, fremstillede teamet af forskere et 3-D stillads ved at flette fibrene i PLLA-polymeren. Denne metode gør det muligt for cellerne effektivt at manøvrere rundt i det syntetiske materiale og producere kollagenfibre og friske blodkar meget hurtigere, end de nuværende metoder gør. At flette ledbåndet giver også strukturen styrke.
For at evaluere de nyligt biokonstruerede ledbånd gennemførte Laurencins team en undersøgelse, offentliggjort i 27. februar-udgaven af Proceedings of the National Academy of Sciences , ved hjælp af kaninemner. Undersøgelsen testede to typer af stilladset: en udsået med celler fra kaninernes ACL'er og en kun bestående af syntetisk materiale. Holdet erstattede kirurgisk hver kanins afrevne ACL med en af de to slags stilladser ved at bruge den samme kirurgiske procedure, som ville blive brugt på mennesker. Hvert stillads blev designet til at være lidt mindre end det originale kanin-ACL for at tillade vævsregenerering at finde sted: vævsvækst i den intraartikulære eller led, del og cellevækst i den del af stilladset, der er fastgjort til knoglen.
Undersøgelsen blev udført med 32 kaniner undersøgt efter 4 og 12 uger – begyndelsen og slutningen af den afgørende helingsperiode. Resultaterne for det frøede stillads blev anset for bemærkelsesværdige af Laurencin, som siger, at inden for 48 timer efter operationen gik kaninerne normalt rundt. Undersøgelsen rapporterede kollagen og cellulær infiltration i implantatet efter 4 uger, og efter 12 uger havde cellerne ved kanten af stilladset genereret kollagenfibre til dannelsen af et nyt ledbånd. Ud over at demonstrere hurtigere, kortvarig restitutionstid, viste neoligamentet tilstrækkelig mekanisk styrke.
Dette er den første vævskonstruerede matrix for ACL, der demonstrerer en så betydelig neoligamentdannelse, hvad angår både vaskularitet og kollagendannelse, siger Laurencin. Dette giver håb om at kunne regenerere ACL hos mennesker og vil forhåbentlig bane vejen for nye behandlingsparadigmer for patienter.
Selvom Laurencins foreløbige resultater er lovende, har nogle få af kaninerne i den frøede gruppe, og næsten alle kaninerne i den ikke-frøede gruppe, fået bristede ledbånd, muligvis fordi kaniner, i modsætning til mennesker, ikke overholder et fysioterapiskema, og heller ikke er de vant til at beskytte deres ledbånd. Laurencin planlægger at fortsætte med at overvåge kaninerne og vil udføre en opfølgende undersøgelse med større dyr og i sidste ende mennesker.
For atleter som Palmer kunne systemet være forskellen mellem at have en fantastisk karriere og en middelmådig.