V zadnjem času so raziskave na področju regenerativne medicine dosegle pomembne preboje, ki obetajo nove možnosti za zdravljenje degenerativnih bolezni in poškodb sklepov.
Na čelu teh inovacij je ekipa raziskovalcev z Univerze Northwestern, ki je razvila napreden bioaktivni material za regeneracijo hrustanca. Ta material obljublja, da bo izboljšal zdravljenje kolenskih poškodb, zmanjšal potrebo po invazivnih kirurških posegih in omogočil boljšo kakovost življenja pacientov.
S tem vprašanjem se namreč ukvarjajo ortopedi po vsem svetu. Če se izkaže, da je ta biomaterial dejansko tako dober, bi to lahko bil eden najpomembnejših prebojev v ortopediji.
Razvili so povsem nov bioaktivni material
Raziskovalci na Univerzi Northwestern so razvili nov bioaktivni material, ki uspešno regenerira visokokakovostni hrustanec v kolenskih sklepih večjega živalskega modela.
Čeprav je material na videz podoben gumi, je pravzaprav kompleksen sistem molekul, ki skupaj posnemajo naravno okolje hrustanca v telesu.
V novi študiji so raziskovalci uporabili material na poškodovanem hrustancu v kolenskih sklepih živali. V šestih mesecih so opazili znake izboljšanja, vključno z rastjo novega hrustanca, ki vsebuje naravne biopolimere (kolagen II in proteoglikane), kar omogoča brezbolno mehansko odpornost sklepov.
Raziskovalci verjamejo, da bi lahko nov material v prihodnosti preprečil potrebo po popolni zamenjavi kolena, zdravil degenerativne bolezni, kot je osteoartritis, in popravil športne poškodbe, kot so poškodbe ACL.
Študija bo objavljena v reviji Proceedings of the National Academy of Sciences.
»Hrustanec je ključna komponenta naših sklepov,« je dejal Samuel I. Stupp pionir regenerativne nanomedicine in profesor materialne znanosti in inženiringa, kemije, medicine in biomedicinskega inženiringa na Univerzi Northwestern.. »Ko se hrustanec poškoduje ali razpade, lahko to močno vpliva na zdravje in mobilnost ljudi. Problem je, da hrustanec pri odraslih nima sposobnosti celjenja. Naša nova terapija lahko sproži popravilo v tkivu, ki se naravno ne regenerira. Menimo, da bi naše zdravljenje lahko pomagalo rešiti resno, neizpolnjeno klinično potrebo.«
Kaj vsebuje material?
Nova študija temelji na nedavno objavljenem delu iz Stuppovega laboratorija, kjer so »plesne molekule« aktivirale človeške hrustančne celice za povečanje proizvodnje proteinov, ki gradijo tkivno matrico. Namesto uporabe plesnih molekul nova študija ocenjuje hibridni biomaterial, prav tako razvit v Stuppovem laboratoriju. Novi biomaterial vsebuje dve komponenti: bioaktivni peptid, ki se veže na transformirajoči rastni faktor beta-1 (TGFb-1), bistveni protein za rast in vzdrževanje hrustanca, in modificirano hialuronsko kislino, naravni polisaharid, prisoten v hrustancu in sklepni tekočini.
»Veliko ljudi pozna hialuronsko kislino, ker je priljubljena sestavina v izdelkih za nego kože,« je pojasnil Stupp. »Prav tako se naravno nahaja v mnogih tkivih po telesu, vključno s sklepi in možgani. Izbrali smo jo, ker spominja na naravne polimere v hrustancu.«
Stuppova ekipa je integrirala bioaktivni peptid in kemijsko modificirane delce hialuronske kisline, da bi spodbudila samoorganizacijo nanoskalnih vlaken v snope, ki posnemajo naravno arhitekturo hrustanca. Cilj je bil ustvariti podporno strukturo za telesne celice, da regenerirajo hrustančno tkivo. Z uporabo bioaktivnih signalov v nanoskalnih vlaknih material spodbuja popravilo hrustanca s celicami, ki naselijo oporo.
Klinična uporabnost za ljudi
Za oceno učinkovitosti materiala pri spodbujanju rasti hrustanca so raziskovalci preizkusili material na ovcah z napakami hrustanca v kolenskem sklepu, kompleksnem sklepu v zadnjih udih, podobnem človeškemu kolenu. To delo je bilo izvedeno v laboratoriju Marka Markela na Veterinarski fakulteti Univerze Wisconsin-Madison.
Po Stuppovih besedah je bilo testiranje na ovčjem modelu ključnega pomena. Podobno kot pri ljudeh je ovčji hrustanec trdovraten in izjemno težko regenerira. Ovčji in človeški koleni imata podobnosti v nosilnosti, velikosti in mehanskih obremenitvah.
»Študija na ovčjem modelu je bolj napovedna glede tega, kako bo zdravljenje delovalo pri ljudeh,« je dejal Stupp. »Pri manjših živalih regeneracija hrustanca poteka veliko lažje.«
V študiji so raziskovalci vbrizgali gost, pastozen material v okvare hrustanca, kjer se je transformiral v gumijasto matrico. Novi hrustanec je zrasel in zapolnil napako, ko se je opora razgradila, popravilo tkiva pa je bilo dosledno višje kakovosti v primerjavi s kontrolo.
Trajna rešitev
V prihodnosti si Stupp predstavlja, da bi lahko nov material uporabljali med odprtimi operacijami sklepov ali artroskopskimi operacijami. Trenutni standard je operacija mikrofraktur, kjer kirurgi ustvarijo majhne zlome v podložni kosti, da spodbudijo rast novega hrustanca.
»Glavna težava mikrofraktur je, da pogosto povzroči nastanek fibroznega hrustanca — istega hrustanca, ki je v naših ušesih — namesto hialinskega hrustanca, ki ga potrebujemo za funkcionalne sklepe,« je dejal Stupp. »Z regeneracijo hialinskega hrustanca naj bi bil naš pristop bolj odporen proti obrabi, kar dolgoročno odpravlja problem slabe mobilnosti in bolečine v sklepih ter preprečuje potrebo po rekonstrukciji sklepov z velikimi kosi strojne opreme.«
Novinar
