Forskare vid Duke University har konstruerat ett bandage som fångar och håller en pro-healing molekyl på platsen för ett benbrott för att påskynda och förbättra den naturliga läkningsprocessen.

I en proof-of-princip-studie med möss, bandaget hjälpte till att påskynda kallusbildning och vaskularisering för att uppnå bättre benreparation med tre veckor.

Forskningen pekar mot en generell metod för att förbättra benreparation efter skada som kan appliceras på medicinska produkter som biologiskt nedbrytbara bandage, implantatbeläggningar eller bentransplantat för kritiska defekter.

Resultaten visas online den 12 december i tidskriften Avancerade material .

Under 2014, Shyni Varghese, professor i biomedicinsk teknik, maskinteknik och materialvetenskap, och ortopedi på Duke, studerade hur populära biomaterial av kalciumfosfat främjar benreparation och regenerering. Hennes laboratorium upptäckte att biomolekylen adenosin spelar en särskilt stor roll för att främja bentillväxt.

Efter ytterligare studier, de fann att kroppen naturligt översvämmar området runt en ny benskada med de pro-läkande adenosinmolekylerna, men de lokalt höga nivåerna metaboliseras snabbt och varar inte länge. Varghese undrade om att bibehålla dessa höga nivåer längre skulle hjälpa läkningsprocessen.

Men det fanns en hake.

"Adenosin är allestädes närvarande i hela kroppen i låga nivåer och utför många viktiga funktioner som inte har något att göra med benläkning, "Varghese sa." För att undvika oönskade biverkningar, vi var tvungna att hitta ett sätt att hålla adenosinet lokaliserat till den skadade vävnaden och på lämpliga nivåer."

Vargheses lösning var att låta kroppen diktera nivåerna av adenosin och samtidigt hjälpa den biokemiska att hålla sig runt skadan lite längre. Hon och Yuze Zeng, en doktorand i Vargheses laboratorium, designat ett biomaterialbandage applicerat direkt på det brutna benet som innehåller boronatmolekyler som griper tag i adenosinet. Dock, bindningarna mellan molekylerna varar inte för alltid, som tillåter en långsam frisättning av adenosin från bandaget utan att ackumuleras någon annanstans i kroppen.

I den aktuella studien, Varghese och hennes kollegor visade först att porösa biomaterial inkorporerade med boronater kunde fånga den lokala ökningen av adenosin efter en skada. Forskarna applicerade sedan bandage grundade för att fånga värdens egna adenosin eller bandage förinstallerade med adenosin till skenbrott i mus.

Efter mer än en vecka, mössen som behandlats med båda typerna av bandage läkte snabbare än de med bandage som inte var grundade för att fånga adenosin. Efter tre veckor, medan alla möss i studien visade läkning, de som behandlats med endera sortens adenosin-spetsade bandage visade bättre benbildning, högre benvolym och bättre vaskularisering.

Resultaten visade att inte bara adenosinfångande bandage främjar läkning, de fungerar oavsett om de fångar naturligt adenosin eller är artificiellt laddade med det, vilket har viktiga implikationer vid behandling av benfrakturer i samband med åldrande och osteoporos.

"Vårt tidigare arbete har visat att patienter med osteoporos inte producerar adenosin när deras ben går sönder, "Sade Yuze. "Dessa tidiga resultat indikerar att dessa bandage kan hjälpa till att leverera det nödvändiga adenosinet för att reparera sina skador samtidigt som man undviker potentiella biverkningar."

Varghese och Yuze ser flera andra vägar framåt för biomedicinska tillämpningar också. Till exempel, de föreställer sig ett biologiskt nedbrytbart bandage som fångar adenosin för att hjälpa till att läka brutna ben och sedan sönderfaller i kroppen. Eller för osteoporotiska patienter, ett permanent bandage som kan laddas om med adenosin på platser som lider av upprepade skador. De föreställer sig också en smörjande gel beväpnad med adenosin som kan hjälpa till att förhindra benskador orsakade av slitage i samband med rekonstruktiva ledoperationer eller andra medicinska implantat.

"Vi har visat att detta är ett hållbart tillvägagångssätt och lämnat in ett patent för framtida enheter och behandlingar, men vi har fortfarande en lång väg kvar, "sa Varghese." Bandagen kunde konstrueras för att fånga upp och hålla fast vid adenosin mer effektivt. Och naturligtvis måste vi också ta reda på om dessa resultat håller hos människor eller kan orsaka några biverkningar."