Šiaurės vakarų universiteto mokslininkai sukūrė naują bioaktyvią medžiagą, kuri sėkmingai atkūrė aukštos kokybės kremzles didelio gyvūno modelio kelių sąnariuose.
Nors atrodo, kad medžiaga yra guminė guma, ji iš tikrųjų yra sudėtingas molekulinių komponentų tinklas, kuris kartu imituoja natūralią kremzlės aplinką organizme.
Naujajame tyrime mokslininkai panaudojo medžiagą pažeistoms gyvūnų kelių sąnarių kremzlėms. Vos per šešis mėnesius mokslininkai pastebėjo pagerėjusio atstatymo įrodymų, įskaitant naujų kremzlių, turinčių natūralių biopolimerų (kolageno II ir proteoglikanų), augimą, kurie užtikrina be skausmo mechaninį sąnarių atsparumą.
Mokslininkai teigia, kad atlikus daugiau darbo, nauja medžiaga kada nors galėtų būti panaudota siekiant užkirsti kelią kelio keitimo operacijoms, gydyti degeneracines ligas, tokias kaip osteoartritas, ir ištaisyti su sportu susijusius sužalojimus, tokius kaip ACL ašaros.
Tyrimas buvo paskelbtas Nacionalinės mokslų akademijos darbai.
„Kremzlė yra svarbus mūsų sąnarių komponentas“, – sakė tyrimui vadovavęs Samuelis I. Stuppas iš Northwestern.
„Kai kremzlė pažeidžiama arba laikui bėgant suyra, tai gali turėti didelį poveikį bendrai žmonių sveikatai ir judumui. Problema ta, kad suaugusiems žmonėms kremzlė neturi įgimto gebėjimo gyti. Mūsų naujas gydymas gali paskatinti taisyti audinys, kuris natūraliai neatsinaujina, manome, kad mūsų gydymas galėtų padėti išspręsti rimtą, nepatenkintą klinikinį poreikį.
Regeneracinės nanomedicinos pradininkas Stuppas yra Medžiagų mokslo ir inžinerijos, chemijos, medicinos ir biomedicinos inžinerijos šiaurės vakarų patikėtinių tarybos profesorius, kur jis yra Simpsono Querrey bionanotechnologijų instituto ir su juo susijusio centro Regeneracinės nanomedicinos centro įkūrėjas.
Stuppas dirba McCormick inžinerijos mokykloje, Weinbergo menų ir mokslų kolegijoje ir Feinbergo medicinos mokykloje. Jacobas Lewisas, buvęs mokslų daktaras. Stupp'o laboratorijos studentas, yra pirmasis šio straipsnio autorius.
Kas yra medžiagoje?
Naujasis tyrimas buvo atliktas po neseniai paskelbto Stupp laboratorijos darbo, kuriame komanda naudojo „šokančias molekules“, kad suaktyvintų žmogaus kremzlės ląsteles, kad padidėtų baltymų, sudarančių audinių matricą, gamyba.
Užuot naudoję šokančias molekules, naujajame tyrime vertinama hibridinė biomedžiaga, taip pat sukurta Stuppo laboratorijoje. Naują biomedžiagą sudaro du komponentai: bioaktyvus peptidas, kuris jungiasi prie transformuojančio augimo faktoriaus beta-1 (TGFb-1) – esminio baltymo kremzlės augimui ir palaikymui, ir modifikuotos hialurono rūgšties – natūralaus polisacharido, esančio kremzlėje ir tepančiame sinoviniame skystyje. sąnariuose.
„Daugelis žmonių yra susipažinę su hialurono rūgštimi, nes ji yra populiari odos priežiūros produktų sudedamoji dalis”, – sakė Stupp. „Jo taip pat natūraliai randama daugelyje viso žmogaus kūno audinių, įskaitant sąnarius ir smegenis. Pasirinkome jį, nes jis panašus į natūralius kremzlėse esančius polimerus.”
Stupp komanda integravo bioaktyvų peptidą ir chemiškai modifikuotas hialurono rūgšties daleles, kad paskatintų nanomastelio skaidulų savaiminį susitvarkymą į ryšulius, imituojančius natūralią kremzlės architektūrą.
Tikslas buvo sukurti patrauklų karkasą, skirtą paties organizmo ląstelėms regeneruoti kremzlės audinius. Naudodama bioaktyvius signalus nanoskalės pluoštuose, medžiaga skatina kremzlės taisymą ląstelėse, kurios užpildo pastolius.
Kliniškai aktualus žmonėms
Siekdami įvertinti medžiagos veiksmingumą skatinant kremzlės augimą, mokslininkai ją išbandė su avimis, turinčiomis kremzlės defektų stuburo sąnaryje – sudėtingame užpakalinių galūnių sąnaryje, panašiame į žmogaus kelį. Šis darbas buvo atliktas Marko Markelio laboratorijoje Viskonsino-Madisono universiteto Veterinarinės medicinos mokykloje.
Pasak Stupp, bandymai su avių modeliu buvo gyvybiškai svarbūs. Panašiai kaip ir žmonių, avių kremzlės yra užsispyrusios ir neįtikėtinai sunkiai atsinaujinančios. Avių smaugiai ir žmogaus keliai taip pat turi panašumų svorio, dydžio ir mechaninių apkrovų atžvilgiu.
„Avių modelio tyrimas labiau nuspėja, kaip gydymas veiks žmonėms”, – sakė Stuppas. „Kituose mažesniuose gyvūnuose kremzlės regeneracija vyksta daug lengviau.”
Tyrimo metu mokslininkai suleido storą, pastos pavidalo medžiagą į kremzlės defektus, kur ji pavirto į guminę matricą. Ne tik išaugo naujos kremzlės, kad užpildytų defektą, nes pastoliai degradavo, bet ir pataisytas audinys buvo nuolat kokybiškesnis nei kontrolinis.
Ilgalaikis sprendimas
Ateityje Stupp įsivaizduoja, kad nauja medžiaga gali būti naudojama sąnariams atliekant atviro sąnario ar artroskopines operacijas. Dabartinis priežiūros standartas yra mikrolūžių chirurgija, kurios metu chirurgai sukuria nedidelius lūžius pagrindiniame kaule, kad paskatintų naujos kremzlės augimą.
„Pagrindinė problema, susijusi su mikrolūžių metodu, yra ta, kad dėl jo dažnai susidaro fibrokremzlė – ta pati kremzlė mūsų ausyse, o ne hialininė kremzlė, kuri yra ta, kurios mums reikia norint turėti funkcinius sąnarius“, – sakė Stuppas.
„Regeneruojant hialininę kremzlę, mūsų požiūris turėtų būti atsparesnis nusidėvėjimui, ilgam išspręsdamas prasto mobilumo ir sąnarių skausmo problemą, taip pat išvengiant sąnarių rekonstrukcijos naudojant didelius aparatūros elementus.”