Vývoj scaffoldů pro regeneraci kostních defektů

Abstract

Výsledkem in vitro a in vivo studií je nový, biokompatibilní, biodegradabilní, osteokonduktivní a osteoinduktivní 3D scaffold s vysokým potenciálem pro klinické použití. Scaffold složený z 0.5% kolagenu typu I s 50 % hydroxyapatitu s velikostí pórů v průměru 400 μm, je vhodný pro buněčnou migraci, proliferaci, diferenciaci a vaskularizaci. Následně přidaná poly-ɛ-kaprolaktonová nanovlákna zlepšila mechanické vlastnosti scaffoldu. Scaffold byl dále obohacen mesenchymálními kmenovými buňkami a trombocytárním koncentrátem jako přírodním zdrojem růstových faktorů. Tento funkcionalizovaný scaffold byl postupně nahrazen novou kostní tkání po implantaci in vivo, a to v celém objemu defektu, v kondylu femuru králíka za jeho postupné biodegradace. Pro výrobu tohoto scaffoldu byly navíc použity materiály a výrobní postupy splňující podmínky Evropské lékové agentury pro humánní použití. V průběhu experimentů byl též vyvinut slibný systém pro dodávání bioaktivních látek pro regeneraci kostní tkáně založený na koaxiálních nanovláknech z poly-ɛ-kaprolaktonu a polyvinylalkoholu.

A promising new smart scaffold with potential for clinical use was prepared during our experiments. The biocompatible, biodegradable, osteoconductive and also osteoinductive 3D scaffold contains 0.5% type I collagen and 50% of hydroxyapatite with pore size around 400 um suitable for cell ingrowth and vascularization. Subsequently added poly-ɛ-caprolactone nanofibers improved the mechanical properties of the scaffold. The scaffold was enriched with mesenchymal stem cells and thrombocyte rich solution. The functionalized scaffold promoted new bone tissue formation throughout the defects, with uniform distribution of the newly-formed bone in vivo in a rabbit model, while the scaffold gradually degraded and was replaced by newly-formed bone tissue. In addition, we have found a fabrication process and materials which meet the European medicines agency requirements and can be developed for human applications. Hydroxyapatite-coated coaxial poly-ɛ- caprolactone/polyvinylalcohol nanofibers have been developed as a promising novel drug-delivery system suitable for bone tissue engineering.