A csontsérülések igen gyakoriak. Az NN Biztosító 2015-ös felmérése szerint egy év alatt mintegy negyedmilliónyian szenvednek kisebb-nagyobb sérüléseket odahaza, a munkahelyükön vagy az utakon. A leggyakoribbak a vágott sebek, amit a megkérdezettek 40 százaléka említett az első helyen, a ficam és zúzódás 31 százalékkal a második, majd 16 százalékkal a kéztörés következik, de azok aránya is 7 százalék volt, akik a lábukat törték. Egy szimpla csonttörés átlagos gyógyulási ideje legalább hat hét, s erre az időre akár a munkából is kieshetünk, ami jelentős veszteség. De vannak a csontot érintő súlyosabb problémák is, például a rák miatti szöveteltávolítás, amelyek gyógyulása még hosszabb és bonyolultabb.
Ma már azonban a csontvesztést eredményező sérülések sem feltétlenül okoznak visszafordíthatatlan károsodást, mert a csont némi stimulálás hatására hajlamos gyorsan regenerálódni. Ez nem jelenti, hogy a csontok visszanyerése egyszerű volna, de szerencsére a világ legkönnyebb szilárd anyagai felgyorsíthatják a műveletet. A kutatók rájöttek, hogy a többféle anyagból készülő hibrid aerogéleket állványként, térhálóként használhatják az elveszett vagy sérült csontszövetek újranövesztésében.
Térbeli térkép a csontnövekedéshez
Noha a csontrák egy viszonylag ritka betegség (az összes tumoros eset kevesebb, mint egy százalékát teszi ki), az érintettek gyakran sok csontszövetet veszítenek, és szélsőséges esetekben amputáción esnek át. A rákos területet ki kell vágni egy nagy darab közelébe eső egészséges szövettel együtt, hogy biztosan meggátolják a rák továbbterjedését. Ez a módszer ugyan hatékonyan eltávolítja a rákot, de a fennmaradó állapot messze eshet attól, amit egészségesnek mondhatnánk. Vissza kellene tehát nyerni a csontszövetet.
Egy nemrégiben végzett tanulmány hibrid aerogéleket használt az elveszített szövetek helyreállításához úgy, hogy ösztönözte a csontok regenerálódását. Az aerogélek alapvetően szilárd és gáznemű anyagok keverékei. Ezt az állapotot úgy hozzák létre, hogy az anyagból gondosan eltávolítják a folyadékokat és gázzal helyettesítik. Ez a módszer lehetővé tesz a gél kiinduló formájának megőrzését, ahelyett, hogy a száradás egy kemény és tömör anyagot eredményezne. A szilárd és gáznemű anyagok összepárosításával az aerogélek rendkívül könnyűek és nagyon porózusak lesznek. Ez a két tulajdonság pedig különösen alkalmassá teszi őket, hogy térszerkezetként, tartóállványként működjenek, gyakorlatilag fizikai útitervként szolgáljanak amelyet a fejlődő csontok a növekedésük során követhetnek.
Jelenleg a csontok regenerálásának leggyakoribb módszere az, hogy vagy az új csontot oltanak be a helyreállítandó területre, vagy lassan távolabb húzzák egymástól a gyógyulásban lévő csontokat, hogy további szövet keletkezzen a résben. Ezek a módszerek azonban fájdalmasak, bonyolultak és drágák. Szerencsére a csontszövetnek csak egy kis ösztönzés kell a regenerációhoz, például némi egyszerű mechanikus nyomás már a legtöbbször beindítja a folyamatot. Azt nehéz beállítani, hogy az új csontszövet a helyes irányba és a megfelelő ideig növekedjen, azaz ne maradjon gyenge, vagy ne burjánozzon túl fájdalmat okozva.
5.-es biológiakvíz: hány veséje van egy embernek? – 10 kérdés az emberi testről
Ezt a kiegyensúlyozott növekedést egy tartószerkezet segítségével lehet elérni, s itt jönnek a képbe a hibrid aerogélek. A belőlük készített térszerkezetet behelyezik a csontjavítás területére, ahol a szövetek ennek mentén tudnak növekedni, és irányítottan betölthetik a számukra kijelölt helyet. A jó állvány erős, de nem túl merev, és éppen csak addig tart ki, amíg a friss szövetek fejlődnek, illetve elég sok pórusa van, hogy a növekvő csont átszőhesse. A hibrid aerogélek igazán varázslatos anyagok, amelyek megfelelnek ezeknek a kívánalmaknak, s így a segítségükkel tökéletesen újraépülhet a csontszövet - írja a Massive Science magazin.
Rendkívüli alkalmazkodókészség
Az anyagokat tekintve sokféle állvány közül lehet választani, a kerámiáktól kezdve a fémeken át a cellulóz-hidrogélekig. Mégis mi teszi a hibrid aerogéleket jobbá a többi állványnál? Először is részben fehérjékből állnak, amelyeket a test végül képes lebontani. A másik alkotórészük a szilícium-dioxid lassan feloldódik az ortoszilikát savban , amelyről ismert, hogy felgyorsítja a sebgyógyulást. A pórusmérete a gyártási folyamat során szabályozható, megkönnyítve a különféle felhasználásokhoz való alkalmazását. Ezeket az anyagokat gyógyszerszállító rendszerekként is tesztelik, ami azt jelenti, hogy az anyagot gyógyszerekkel vagy növekedési faktorokkal tölthetik meg, mielőtt tartószerkezetként használnák.
Néhány hónapja iráni, német és osztrák kutatólaboratóriumok együttműködésében megszületett egy olyan alapanyag, amelyet egy nagyon erős fehérje és egy nagyon könnyű és porózus aerogél házasításával nyertek. A fehérje a selyem fibroin , a selyemhernyó gubójában található anyag, amely a selyemszálak szilárdságát adja. Elég erőteljes, hogy annyira merevvé tegye az aerogélt, ami elegendő a csontok növekedésének elősegítéséhez.
Az anyag megalkotása nem sikerült elsőre, mert túl hidrofób lett, márpedig az nem jó, ha taszítja a vizet, hiszen a szervezetünk 70 százaléka is abból van. A második anyag viszont túl merev és száraz volt, a harmadik pedig sohasem bomlott volna le a szervezetben. Végül, a negyedik kísérletre sikerült tökéletes hibrid aerogélt készíteni, amely már szerette a vizet (hidrofil tulajdonságokat mutatott), de nem volt túl merev és biológiailag megfelelően lebomlott.
Az anyag elkészítése után meggyőződtek róla, hogy ez az aerogél semmilyen módon nem káros az emberi sejtekre. A tartószerkezetet egy sor tesztnek vetették alá, és arra jutottak, hogy tökéletesen biztonságos az emberi használatra. Igazából úgy tűnt, hogy a sejtek kifejezetten szeretik az anyagot. Amikor a hibrid aerogélt egy csontsejteket tartalmazó edénybe helyezték, a csontszövet könnyen növekedett a felületén, és lerakódtak rá a csontok növekedéséhez szükséges fehérjék és ásványi anyagok.
A harmadik fázisban az aerogélt egerekbe implantálták és ellenőrizték, hogy az anyag stimulálja-e a csontok regenerálódását . A kutatók kettős csontsérülést okoztak két egércsoportban, és az egyik csoport egyedeibe ültették be az új anyagot. Azt látták 25 nap elteltével, hogy az implantált egerek gyorsabban és jobban gyógyulnak, mint a kezelés nélküli egyedek. Az aerogél nem csak lehetővé tette az új csontok növekedését, hanem azt is, hogy gyorsabban növekedjenek, mint normális esetben.
Ez is érdekelhet
A hibrid aerogélnek ez a képessége a módszert az új terápiás technológiák élvonalába helyezi. A kutatók arra hívták fel a figyelmet, hogy nagy jelentősége lenne, ha a csonttörések pár hét alatt meggyógyulnának a legkevesebb hat héttel szemben. Vagy ha a csontrákos beteg azzal a tudattal készülhetne a műtétre, hogy eltávolítják ugyan a lába egy részét, de az elveszett szövet könnyen visszanöveszthető . Úgy gondolják, hogy a hibrid aerogelek lehetnek azok a biomatériák, amelyek valósággá változtathatják ezeket az elképzeléseket.
