В то время как аутогенные костные трансплантаты долгое время считались эталонным стандартом для спондилодеза, болезненный псевдоартроз остается основной причиной плохих клинических исходов. Следовательно, многие исследователи сосредоточились на попытке создать биомиметический каркас, который индуцирует васкуляризацию для обеспечения регенерации костной ткани и спондилодеза.

В Обзоры прикладной физики, от AIP Publishing, исследователи из Университета Сунгьюнкван в Южной Корее представляют решение для решения проблемы изготовления биомиметического каркаса. Команда разработала микроканальный каркас, изготовленный из комбинации коллагена и гидроксиапитита, причем каждая стойка состоит из микроканалов микрометрового масштаба. Микроканалы индуцировали рост кровеносных сосудов в мышиной модели.

"Поскольку изготовление биомиметического каркаса является сложной задачей, инновация этого исследования заключается в добавлении дополнительной иерархии к структуре в виде микроканалов", - сказал автор Гын Хен Ким. "Это было достигнуто благодаря стратегии печати в формате 4D, где используется одностороннее изменение формы".

Исследователи напечатали несмешивающиеся полимерные смеси, которые действуют как двойная негативная матрица, чтобы изготовить биомиметический иерархический каркас из коллагена / гидроксиапатита. Затем они применили одностороннее изменение формы (4D-печать) и нанесение покрытий.

Коллаген известен как гидрофильный материал, и многочисленные исследования in vivo показали, что он обладает превосходной клеточной активностью. В случае микроканального каркаса из коллагена / гидроксиапатита исследователи отметили значительно более высокую водопоглощающую способность по сравнению с обычным коллагеновым каркасом в результате капиллярного давления, создаваемого микроканалами. Следовательно, исследования in vivo показали превосходную инфильтрацию клеток в микроканалы.

В дальнейшем исследователи будут изучать возможность улучшения механических свойств каркаса. Кроме того, контроль механических свойств каркаса позволил бы универсально применять каркас из микроканального коллагена/ гидроксиапатита.

"Я считаю, что разработанный каркас может иметь множество применений с трубчатыми структурами, такими как мышцы, сухожилия и нервы", - сказал Ким.

Скелетные мышцы - это иерархическая организация, в которой мышечные волокна заключены в микроканалы, известные как эндомизий. Следовательно, спроектированный каркас мог бы действовать как эндомизий, обеспечивающий проникновение мышечных волокон в каналы.