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Un disco migliore per la riparazione della schiena
Il mal di schiena causato da un disco intervertebrale danneggiato spesso richiede un intervento chirurgico, il che significa sostituire il disco con un impianto di plastica o metallo o rimuovere il disco e fondere insieme quelli adiacenti. Un nuovo tipo di disco sostitutivo, costituito da un'impalcatura seminata con cellule viventi, potrebbe alleviare il mal di schiena senza molti degli effetti collaterali causati dagli approcci chirurgici esistenti.
Stampa a freddo: Il materiale mostrato qui funge da impalcatura per un disco intervertebrale artificiale contenente cellule viventi.
I ricercatori della Medical University of South Carolina hanno realizzato un prototipo di disco sostitutivo stampando un'impalcatura esterna e quindi seminando l'impalcatura con cellule viventi. L'impalcatura imita da vicino la microstruttura a strati intricati di un vero disco intervertebrale ed è il primo passo verso la realizzazione di un impianto in grado di svolgere le stesse funzioni di supporto e di assorbimento degli urti dell'originale. Rispetto agli impianti in metallo e plastica utilizzati oggi, un'impalcatura artificiale avvolto nel tessuto vivente potrebbe ripararsi e l'accesso costante all'apporto di sangue ridurrebbe il rischio di infezione dopo l'intervento chirurgico.
Un disco intervertebrale, o IVD, ha la forma di una ciambella gelatinosa, con un centro morbido ed elastico e uno strato esterno più duro e fibroso. Inserito tra le vertebre della colonna vertebrale, il disco definisce e supporta il movimento della colonna vertebrale, mantenendo le ossa in posizione e consentendo alla colonna vertebrale nel suo insieme di piegarsi e torcersi. I dischi agiscono anche come ammortizzatori, ammortizzando gli impatti sulla colonna vertebrale. Quando un disco si consuma, la pressione lungo la colonna vertebrale è distribuita in modo non uniforme e, se le vertebre si spostano anche leggermente, allungano i nervi che circondano la colonna vertebrale, causando dolore. Se l'esercizio e la terapia fisica non offrono sollievo, potrebbe essere necessario un intervento chirurgico.
La fusione spinale, tuttavia, limita la flessione e la torsione nella sezione fusa della colonna vertebrale, quindi alcuni chirurghi sostengono fortemente il metodo di impianto. Nessuno di noi è nato con le spine dorsali fuse, dice Barton Sachs , un professore di ortopedia presso il Medical College of South Carolina, che esegue regolarmente la chirurgia dell'impianto del disco e che non era collegato al nuovo lavoro. La fusione di due ossa insieme può aumentare la pressione sui segmenti vicini, consumando altri dischi, afferma Sachs. Non solo un impianto preserva il movimento, ma il tempo di recupero dalla chirurgia implantare è più breve. Funziona molto bene, afferma Sachs. [I pazienti] escono dall'ospedale più velocemente; tornano ai loro stili di vita più velocemente.
Ma gli impianti attualmente utilizzati non assorbono gli urti. Stai inserendo materiali che sembrano medievali, e questo è lo stato della pratica clinica attuale, dice Robert Mauck , professore di chirurgia ortopedica e ingegneria dei tessuti presso l'Università della Pennsylvania. Mauck sta lavorando a un miglioramento competitivo per gli impianti discale.
Ricercatori della Medical University of South Carolina, guidati da Xuejun Wen , professore di bioingegneria e medicina rigenerativa presso la Clemson University e la Medical University of South Carolina, ha cercato di imitare da vicino l'architettura naturale del disco, in modo che possa svolgere le stesse funzioni dell'originale.
In primo luogo, hanno modellato la complessa struttura interna del disco su un computer. Quindi hanno estruso il poliuretano disciolto attraverso una punta di micropipetta in vetro fine su una piattaforma mantenuta a -4 gradi Celsius. La temperatura fredda della base ha fatto sì che ogni strato stampato si solidificasse rapidamente e consentiva agli strati successivi di impilarsi e mantenere la loro forma. Se non lo raffreddi molto rapidamente, non otterrai la struttura che desideri, afferma Wen. Infine, il gruppo ha seminato cellule bovine sull'impalcatura, per verificare se la struttura supportava la crescita cellulare. Questi sono cresciuti fino a riempirlo in 19 giorni, dopo di che si è scoperto che le cellule si erano disposte come farebbero in un disco naturale.
È un'applicazione intelligente della produzione additiva e un lavoro entusiasmante, afferma Giacomo Iatridis , professore di ortopedia e neurochirurgia presso la Mount Sinai School of Medicine, a New York. Ma Iatridis aggiunge che diversi approcci alternativi che coinvolgono la riparazione biologica sono in fase di sperimentazione clinica o in fasi di sviluppo più avanzate.
Mentre il nuovo lavoro di Wen e del suo gruppo si avvicina di più alla replica della microstruttura di un vero disco, le sue prestazioni devono ancora essere testate. Nei prossimi mesi i dischi verranno testati sui topi. Stiamo ancora cercando di capire quanto devono essere complicate le nostre soluzioni ingegneristiche per ripristinare la funzione, afferma Mauck.