Bioactive bone tissue engineering scaffolds

Abstract

Luupuutosten korvaaminen on vielä nykypäivänä hankalaa, sillä luukudos kasvaa hitaasti ja vaatii sopivan alustan soluille. Kudosteknologian tukirakenteilla pyritään antamaan soluille sopiva kasvualusta, sekä mahdollistamaan myös sellaisten vikojen korjaaminen, mitä ihmiskeho ei itse pysty korjaamaan. Tutkimuksen tavoitteena on tarkastella ja luoda yhteenveto sekä nykypäivän että lähitulevaisuuden materiaaleista, joilla voidaan tehostaa luun paranemista ja uuden luun muodostumista. Tämä tutkielma on kirjallisuuskatsaus, jossa ensiksi tutkitaan, millaisia vaatimuksia näille erilaisille kudosteknologian tukirakenteille on ja mistä nämä vaatimukset johtuvat. Toiseksi tutkimuksessa käsitellään nykypäivänä käytössä olevia yleisimpiä materiaaleja, kuten esimerkiksi kalsiumfosfaatteja ja biolaseja. Kolmanneksi tutkimuksessa tutkitaan sekä tulevaisuuden materiaaleja että nykypäivän materiaalien ongelmia, joiden jälkeen tarkastellaan tukirakenteiden erilaisia valmistusmenetelmiä. Tämä tutkimus osoittaa, että nykypäivänä käytettävissä olevien kudosteknologisten tukirakenteiden valmistusmateriaalien lukumäärä on melko vähäinen, ja että näillä materiaaleilla on monia niiden käyttöä rajoittavia ongelmia. Todetaan myös, että nykypäivän valmistusmenetelmissä on parantamisen varaa, sillä halutun rakenteen luominen on usein hankalaa. Tukirakenteiden rakenne vaikuttaa sekä sen ominaisuuksiin että solujen toimintaan, jolloin rakenteella on merkittävä vaikutus luun kasvuun. Tulevaisuudessa pitäisi löytää uusia materiaaleja ja valmistusmenetelmiä, joilla voidaan ratkaista sekä mikro- että makrokokoluokan ongelmia tukirakenteissa. Nämä ongelmat rajoittavat nykypäivänä tukirakenteiden käyttöä, minkä seurauksena luusiirteet ovat edelleen paras vaihtoehto luupuutosten korjaamiseen. Tutkielmassa myös todetaan, että vaikka nykypäivän materiaalit eivät ole optimaalisia, ovat ne silti erittäin hyödyllisiä tilanteissa, joissa luusiirteiden avulla luupuutoksen korjaaminen ei ole kannattavaa tai mahdollista.

Healing bone deficiencies is still challenging in the present day, as bone tissue grows slowly and requires a suitable platform for cells. Tissue engineering scaffolds aim to provide cells with a suitable substrate, and also enabling the repair of defects that the human body itself cannot repair. The goal of this study is to review and create a summary of both today's and near-future materials to enhance bone healing and new bone formation. This thesis is a literary review which first explores the requirements for these different types of tissue engineering scaffolds, and where these requirements derive from. Secondly, the study reviews the most common materials in use today, such as calcium phosphates and bioglasses for example. Thirdly, the study examines materials of the future and the problems with materials in use today, followed by a review of different manufacturing methods of supporting structures. This study shows that the number of materials available today for tissue engineering scaffolds is quite low, and that these materials have many problems which limit their use. It is also noted that there is room for improvement in today's manufacturing methods, as creating the desired structure is often difficult. The structure of the scaffolds affects both its properties and cellular functions, whereby the structure has a significant effect on bone growth. In the future, new materials and manufacturing methods should be found to solve both micro- and macro-size problems with tissue engineering scaffolds. These problems limit the use of tissue engineering scaffolds in the present day, as a result, autografts still remain as the best option for correcting bone deficiencies. The thesis also states that while today's materials are not optimal, they are still very useful in situations when using bone grafts to correct bone deficiency is not possible.