Onderzoekers van de Duke University hebben een verband ontwikkeld dat een genezend molecuul opvangt en vasthoudt op de plaats van een botbreuk om het natuurlijke genezingsproces te versnellen en te verbeteren.

In een proof-of-principle studie met muizen, het verband hielp de callusvorming en vascularisatie te versnellen om een ​​beter botherstel met drie weken te bereiken.

Het onderzoek wijst in de richting van een algemene methode voor het verbeteren van botherstel na schade die kan worden toegepast op medische producten zoals biologisch afbreekbare verbandmiddelen, implantaatcoatings of bottransplantaten voor kritieke defecten.

De resultaten verschijnen op 12 december online in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

In 2014, Shyni Varghese, hoogleraar biomedische technologie, werktuigbouwkunde en materiaalkunde, en orthopedie bij Duke, bestudeerde hoe populaire biomaterialen gemaakt van calciumfosfaat botherstel en -regeneratie bevorderen. Haar laboratorium ontdekte dat het biomolecuul adenosine een bijzonder grote rol speelt bij het stimuleren van botgroei.

Na verdere studie, ze ontdekten dat het lichaam het gebied rond een nieuw botletsel van nature overspoelt met de genezende adenosinemoleculen, maar die lokaal hoge niveaus worden snel gemetaboliseerd en duren niet lang. Varghese vroeg zich af of het langer aanhouden van die hoge niveaus zou helpen bij het genezingsproces.

Maar er was een vangst.

"Adenosine is alomtegenwoordig in het hele lichaam in lage niveaus en vervult veel belangrijke functies die niets te maken hebben met botgenezing, " zei Varghese. "Om ongewenste bijwerkingen te voorkomen, we moesten een manier vinden om de adenosine gelokaliseerd in het beschadigde weefsel en op de juiste niveaus te houden."

De oplossing van Varghese was om het lichaam de niveaus van adenosine te laten dicteren, terwijl de biochemische stof iets langer rond de verwonding bleef hangen. Zij en Yuze Zeng, een afgestudeerde student in het laboratorium van Varghese, ontwierp een verband van biomateriaal dat rechtstreeks op het gebroken bot werd aangebracht en dat boronaatmoleculen bevat die zich aan de adenosine vastgrijpen. Echter, de bindingen tussen de moleculen duren niet eeuwig, die een langzame afgifte van adenosine uit het verband mogelijk maakt zonder zich elders in het lichaam op te hopen.

In de huidige studie, Varghese en haar collega's toonden eerst aan dat poreuze biomaterialen die met boronaten zijn verwerkt, in staat waren om de lokale toename van adenosine na een verwonding op te vangen. De onderzoekers pasten vervolgens verbanden toe die waren voorbereid om de eigen adenosine van de gastheer of verbanden die vooraf waren geladen met adenosine op tibiafracturen bij muizen te vangen.

Na meer dan een week, de muizen die met beide soorten verband waren behandeld, genazen sneller dan die met een verband dat niet was voorbereid om adenosine op te vangen. Na drie weken, terwijl alle muizen in de studie genezing vertoonden, degenen die werden behandeld met een van beide soorten adenosine-geregen verband, vertoonden een betere botvorming, hoger botvolume en betere vascularisatie.

De resultaten toonden aan dat de adenosine-vangende zwachtels niet alleen de genezing bevorderen, ze werken, of ze nu inheems adenosine vangen of er kunstmatig mee beladen zijn, wat belangrijke implicaties heeft bij de behandeling van botbreuken die gepaard gaan met veroudering en osteoporose.

"Ons eerdere werk heeft aangetoond dat patiënten met osteoporose geen adenosine produceren wanneer hun botten breken, " zei Yuze. "Deze vroege resultaten wijzen erop dat deze verbanden kunnen helpen om de benodigde adenosine te leveren om hun verwondingen te herstellen en tegelijkertijd mogelijke bijwerkingen te vermijden."

Varghese en Yuze zien ook verschillende andere paden voor biomedische toepassingen. Bijvoorbeeld, ze stellen zich een biologisch afbreekbaar verband voor dat adenosine vasthoudt om gebroken botten te helpen genezen en vervolgens in het lichaam uiteenvalt. Of voor osteoporotische patiënten, een permanent verband dat kan worden herladen met adenosine op plaatsen die last hebben van herhaalde verwondingen. Ze stellen zich ook een smerende gel voor, gewapend met adenosine, die kan helpen botletsels te voorkomen die worden veroorzaakt door de slijtage die gepaard gaat met reconstructieve gewrichtsoperaties of andere medische implantaten.

"We hebben aangetoond dat dit een haalbare aanpak is en hebben een patent ingediend voor toekomstige apparaten en behandelingen, maar we hebben nog een lange weg te gaan, zei Varghese. „De verbanden zouden kunnen worden ontworpen om adenosine efficiënter te vangen en vast te houden. En natuurlijk moeten we ook uitzoeken of deze resultaten ook bij mensen gelden of bijwerkingen kunnen veroorzaken."