Vekststativ reparerer bein
Vekststativ blir brukt i ”bone tissue engineering” for å reparere og gjenskape bein. Dei to hovudgrunnane til å nytte vekststativ, er å skape eit miljø for beintilheling og samtidig gje skjelettet mekanisk støtte under denne prosessen.
Bilete 1: Beinceller som har krope inn i vekststativet. (Kjelde: Fostad et al., J. Eur. Ceram. Soc., 2009).
Vekststativ blir brukt i mange ulike prosedyrar innan kirurgi som krevjar at bein skal lækjast, til dømes beintap ved skade, svulstar og nedbrytning på grunn av betennelse. Dei tredimensjonale eigenskapane til desse vekststativ spelar ei viktig rolle i korleis ein kan styre nydanning av bein og til slutt ein vellukka integrasjon mellom veksstativet og beinvevet.
Bruk av bein frå donor
I dag er det dominerande alternativet til pasienten sitt eige bein (auto-transplantat) vore donert bein frå andre pasientar eller andre arter (dyr). Det finnast risiko for smitteoverføring og immunologiske responsar når ein hentar bein frå ein donor. Difor må slikt bein gå igjennom ein omstendeleg vaskeprosedyre for at transplantatet skal væra sikkert at nytta. Ein slik vaskeprosess minskar vesentleg dei beindannande eigenskapane til transplantatet. I tillegg har det den siste tida vore ei aukande mangel på donorar. Det er difor eit stigande behov for syntetiske vekststativ for nydanning av bein.
Bilete 2: Bein innvekst i eit vekststativ etter 6 veker i grisekjeve. Nær heile vekststativet (gul farge) er fylt med nytt bein (lilla). (Kjelde: Tiainen et al. Acta Biomaterialia, 2012).
Syntetiske vekststativ
Det finnast mange ulike syntetiske materialar som kan bli brukt til å lage vekststativ for bein. Titandioksid (TiO2) vart valt i dette prosjektet då ein veit at dette materialet fyller mange av funksjonane som krevjast.
Eit av dei store problema til slike materialar har vore den mekaniske styrken.Dette har òg vore problemet hjå titandioksid inntil Avdeling for Biomaterialer utvikla metodar for å lage særs sterke vekststativ.
Bilete 3: Bein innvekst i eit vekststativ etter 8 veker i kanin legg, der ein ser at defekten med vekststativ har mykje meir bein enn defekten utan vekststativ (Kjelde: Haugen et al, European Cellular Materials, 2012)
Vekststativ produsera av reint titandioksid
Vår forsking har vist at det er mogleg å produsere vekststativ av reint titandioksid med tilstrekkeleg mekanisk styre. Vekststativa som blir laga i dette prosjektet har ein kompresjon-styrke på heile 3.5 MPa. Samstundes er porøsiteten over 85 prosent, og liknar mykje på strukturen til friskt bein. Desse ultra-porøse vekststativa er biokompatible (vevsvenlege). Celler som veks inni desse strukturane, har generelt vekst raskare enn andre vekststativ på marknaden. Det er også bevist at våre titan dioksid vekststativ har høgare porøsitet, overflate-til-volum høve og interkonnektive porar samanlikna med kommersielle vekststativ som finnast i klinikken. Våre titandioksid vekststativ er òg testa i kanin og grisestudiar med særs lovande resultat.
Bilete 4: 3D modell av vekststativ av titandioksid (Kjelde: Fostad et al., J. Eur. Ceram. Soc., 2009).
Referanser:
- Sabetrasekh R, Fostad G, Hafell B, Forde A, Reseland J, Lyngstadaas S, Haugen H. TiO2-scaffolds for Use in Bone Tissue Engineering. Journal of Bone and Mineral Research 2008; 23: S160-S160.
- Fostad G, Hafell B, Forde A, Dittmann R, Sabetrasekh R, Will J, Ellingsen JE, Lyngstadaas SP, Haugen HJ. Loadable TiO2 scaffolds-A correlation study between processing parameters, micro CT analysis and mechanical strength. Journal of the European Ceramic Society 2009; 29: 2773-2781.
- Sabetrasekh R, Tiainen H, Reseland JE, Will J, Ellingsen JE, Lyngstadaas SP, Haugen HJ. Impact of trace elements on biocompatibility of titanium scaffolds. Biomed Mater 2010; 5: 15003.
- Tiainen H, Lyngstadaas SP, Ellingsen JE, Haugen HJ. Ultra-porous titanium oxide scaffold with high compressive strength. Journal of Materials Science-Materials in Medicine 2010; 21: 2783-2792.
- Sabetrasekh R, Tiainen H, Lyngstadaas SP, Reseland J, Haugen H. A novel ultra-porous titanium dioxide ceramic with excellent biocompatibility. J Biomater Appl 2011; 25: 559-580.
- Tiainen H, Monjo M, Knychala J, Nilsen O, Lyngstadaas SP, Ellingsen JE, Haugen HJ. The effect of fluoride surface modification of ceramic TiO2 on the surface properties and biological response of osteoblastic cells in vitro. Biomed Mater 2011; 6: 045006.
- Haugen HJ, Monjo M, Rubert M, Verket A, Lyngstadaas SP, Ellingsen JE, Ronold HJ, Wohlfahrt JC. Porous Ceramic Titanium Dioxide Scaffolds Promote Bone Healing in Rabbit Peri-Implant Cortical Defect Model. Eur Cell Mater 2012; submitted.
- Tiainen H, Wohlfahrt JC, Verket A, Lyngstadaas SP, Haugen HJ. Bone ingrowth into highly porous TiO2 bone scaffolds: an experimental study in minipigs. Acta Biomater 2012; accepted.