Biomaterial könnte Ärzten ermöglichen, empfindliche Gesichtszüge zu „modellieren“

Ein neues Biomaterial kann Chirurgen helfen, die zarten weichen Strukturen des menschlichen Gesichts wie die Wangen wieder aufzubauen, nachdem eine Krankheit oder Verletzung eine Entstellung verursacht hat. Das halb synthetische, halb biologische Material kann als Flüssigkeit unter die Haut gespritzt, in Form einmassiert und anschließend durch Lichteinwirkung dauerhaft verschlossen werden.

Im Rampenlicht: Forscher verwenden eine grüne LED, um ein experimentelles Material zu versteifen, das unter die Haut einer Ratte injiziert wurde.

Weichteile sind schwer zu ersetzen, insbesondere im Gesicht. Wir haben Metalle und Kunststoffe für Ihren Knochen, sagt Jennifer Elisseeff , ein TR35-Gewinner im Jahr 2002 und einer der Forscher an einem in veröffentlichten Artikel Wissenschaft Translationale Medizin das beschreibt die arbeit. Aber Chirurgen haben keinen guten Ersatz für Wangen und Lippen – und selbst leichte Missbildungen können für Patienten zu schweren sozialen und emotionalen Problemen führen. Vorhandene Implantate reichen oft nicht aus, um größere Defekte zu rekonstruieren, wie sie beispielsweise durch Tumorexzisionen oder extreme Traumata zurückgeblieben sind.

Alexander Hillel und seine Kollegen von der Johns Hopkins University haben eine neue Art von Transplantatmaterial entwickelt, das diese Probleme angeht. Es ist eine Mischung aus Hyaluronsäure – einem biologischen Material, das bereits als Weichgewebeimplantat verwendet wird – und Polyethylenglykol, einem synthetischen Material. Die Mischung ist ein flüssiges Polymer, das injiziert werden kann – wodurch eine Operation überflüssig wird. Nach der Injektion kann das Material in die erforderliche Form gebracht werden. Wenn es Licht bestimmter Wellenlängen ausgesetzt wird, ordnen sich die unordentlichen Polymerketten im flüssigen Implantat in eine stabile, schraffierte Form um und versteifen das Implantat.

Die Tatsache, dass die LED sichtbares Licht verwendet, um das Implantat zu setzen, ist wichtig, sagt Farshid Guilak , Professor für orthopädische Chirurgie und Biomedizintechnik an der Duke University: Sichtbares Licht ist viel sicherer als UV-Licht, das eine Reihe von Nebenwirkungen haben kann, vor allem DNA-Schäden und Zelltod.

Ali Khademhosseini , ein außerordentlicher Professor an der Abteilung für Gesundheitswissenschaften und Technologie des Harvard-MIT, sagt, dass das neue Material sehr vielversprechend ist. Dies sei meines Wissens am weitesten fortgeschritten, da das Papier sowohl umfangreiche Tierstudien als auch Pilotstudien am Menschen enthält, sagt er.

Um die Implantate zu setzen, entwickelten die Forscher ein grünes LED-Array, das bis zu vier Millimeter in die Haut eindringen kann. Es dauert nur zwei Minuten, bis das Implantat vollständig ausgehärtet ist, und es gab keine schmerzhaften Nebenwirkungen.

Um die Implantate zu testen, injizierten Forscher sie Ratten in den Rücken. Dann testeten sie mehrere Verhältnisse von Hyaluronsäure und Polyethylenglykol und untersuchten, wie lange jedes davon anhielt. Die verschiedenen Mischungen haben unterschiedliche Elastizitäts- und Haltbarkeitsgrade, sodass Zahnärzte die physikalischen Eigenschaften eines Implantats genau auf ihre Bedürfnisse abstimmen können. Die langlebigsten Implantate haben es fast 500 Tage überstanden, bevor sie vollständig in den Körper der Ratten resorbiert wurden. Dies bedeutet, dass die Implantate möglicherweise nach etwa einem Jahr ersetzt werden müssen, obwohl Elisseeff hofft, dass sie als Gerüst für das Wachstum von neuem Gewebe dienen.

Die Forscher führten eine klinische Pilotstudie in Kanada durch. Drei Patienten, bei denen eine Bauchdeckenstraffung geplant war, injizierten sie kleine Implantate in den Magen. Die Implantate hielten etwa 12 Wochen, wobei das einzige Problem eine Entzündung um das Implantat herum war. Elisseeff sagt, dass die Entzündung auf eine Reizung durch die Steifigkeit der Implantate, eine Reaktion auf die Chemikalien im Implantat oder ein Nebenprodukt des Fettgewebes, das die Implantationsstelle umgibt, zurückzuführen sein könnte. Sie glaubt, dass das Problem relativ leicht zu überwinden sein wird.

Der nächste Schritt, sagt Elisseeff, sei eine umfassende klinische Studie. Sie arbeitet auch an Möglichkeiten, Weichgewebeimplantate mit minimalen synthetischen Komponenten herzustellen. Die langfristige Perspektive besteht darin, diese [Tissue Engineering]-Technologien in die klinische Praxis zu bringen, sagt sie. Obwohl es normalerweise lange dauert, solche Techniken anzuwenden, ist sie zuversichtlich, dass ihre derzeitige Arbeit in die Klinik verlegt wird, da sie auf klinische Bedürfnisse ausgerichtet ist.

Melissa Knothe Tate , Professor am Department of Biomedical Engineering der Case Western University, ist optimistisch. Funktionelles Gewebe zur richtigen Zeit an den richtigen Ort zu bringen, sei eine große Hürde im Bereich des Tissue Engineering, sagt sie. Sie fügt hinzu, dass diese und andere kürzlich veröffentlichte Technologien ein neues Zeitalter der regenerativen Medizin anzeigen könnten, indem sie die Fähigkeit des Körpers nachahmen, neues Gewebe aufzubauen.

Auch Khademhosseini findet die Ergebnisse ermutigend. Ich bin zuversichtlich, dass das Papier einer neuen Generation biomaterialbasierter Anwendungen beim Weichgewebeersatz dienen wird, sagt er.

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