Ett team av biomaterialforskare och tandläkare vid UCLA School of Dentistry har utvecklat en nanopartikel som baserat på initiala försök på djur, kan förbättra behandlingen för skelettdefekter.

En artikel som beskriver framsteg publiceras idag i tidskriften Vetenskapens framsteg .

Bendefekter, som kan orsakas av traumatisk skada, infektion, osteoporos eller avlägsnande av tumörer, är svåra för ortopediska kirurger att behandla. Och behovet av bentransplantat blir allt vanligare bland annat tack vare vår åldrande befolkning:Benskador är särskilt vanliga bland äldre.

I dag, standardbehandlingen för bendefekter är ett bentransplantat, vilket innebär att friskt ben transplanteras från en annan del av kroppen för att reparera det skadade området. Dock, proceduren kan orsaka komplikationer, inklusive infektioner där det transplanterade benet tas ifrån, blödning och nervskador.

Så forskarna riktade sin uppmärksamhet mot liposomer, små sfäriska säckar som härrör från naturligt existerande lipider. Liposomer har använts sedan 1990-talet för att behandla cancer och infektionssjukdomar, och på senare tid undersöks de för deras möjliga användning inom benvävnadsteknik. De kan användas för att administrera näringsämnen och farmaceutiska läkemedel i kroppen och kan lätt komma in i celler för att administrera sin värdefulla last, men de har vissa nackdelar:De är fysiskt instabila och det kan vara svårt att kontrollera hur och när de släpper droger.

För att hjälpa till att förbättra deras stabilitet och förbättra deras förmåga att bilda ben i kroppen, UCLA-forskarna utvecklade en ny typ av liposom som kallas en sterosom. (Namnet är inspirerat av det faktum att de innehåller en hög koncentration av steroider.)

För att producera sterosomerna, forskarna ersatte kolesterol, en viktig komponent i liposomer, med oxysterol, en typ av kolesterol som har en nyckelroll i skelettutveckling och benläkning. I tester med möss med bendefekter, forskarna fann att sterosomerna framgångsrikt aktiverade benregenerering på egen hand, utan att behöva terapeutiska läkemedel.

"Liposomer är vanligtvis gjorda av farmakologiskt inaktiva substanser, sa Min Lee, tidningens motsvarande författare och professor i biomaterialvetenskap vid tandläkarskolan. "Att inkludera oxysterol i vår liposomala formulering ökade inte bara nanopartikelstabiliteten utan stimulerade också celler att utvecklas till benbildande celler."

I en andra fas av studien, forskarna ville se hur de kunde göra sterosomen ännu mer effektiv.

De lade till sin sterosomnanopartikel till en vävnadsteknisk ställning – en struktur som ofta används för att flytta och växa naturligt förekommande stamceller, som är anpassad till platsen för defekten och används under bentransplantationsprocedurer. De laddade sterosomerna med ett benbyggande läkemedel som heter purmorfamin. Nästa, de immobiliserade den drogladdade sterosomen på en ställning för att säkerställa att sterosomerna förblev koncentrerade i de defekta områdena och släppte läkemedlen där de behövdes mest så länge som möjligt.

I en sex veckor lång studie med möss med bendefekter i skallen, forskarna såg en genomsnittlig minskning av storleken på defekterna med cirka 50 % efter att den drogladdade ställningen implanterades.

"Genom att använda vår nanopartikel, som vi fann har inneboende benbildande förmåga, tillsammans med tillägg av terapeutiska läkemedel, vi kunde påskynda benregenereringsprocessen, "Sa Lee. "Våra nanopartikelförpackade läkemedel kommer att vara användbara i många kliniska situationer där bentransplantation krävs för att behandla icke-läkande skelettdefekter och relaterade benpatologier."

Dr. Paul H. Krebsbach, professor i parodontologi och dekanus på tandläkarhögskolan, sa, "Forskningen ledd av Min Lee och hans team visar att UCLA Dentistrys forskningssträvanden går långt utöver att behandla sjukdomar i munhålan, och deras fynd har bredare implikationer för behandling av bendefekter i hela kroppen."