Regeneracja tkanki kostnej
Do leczenia regeneracyjnego kwalifikują się m.in. zmiany zwyrodnieniowe w układzie mięśniowo-szkieletowym oraz powikłania pourazowe. Zadaniem takich terapii jest regeneracja, przywrócenie lub odmłodzenie elementów szkieletu i otaczających je tkanek za pomocą komórek macierzystych i biokompatybilnych rusztowań. Idealnym rozwiązaniem byłyby rusztowania zawierające bioaktywne czynniki wspomagające różnicowanie się tkankowo specyficznych komórek macierzystych, odpowiednio reagujące na czynniki środowiskowe. Ponadto biomateriały użyte w rusztowaniach powinny ułatwiać połączenie się implantów z żywą tkanką; do materiałów tych należą wszczepy tytanowe zawierające polimery oraz krótkie peptydy posiadające zdolność do samoorganizacji. W przeprowadzonych w ramach finansowanej ze środków UE inicjatywy SKELGEN (Establishment of a cross continent consortium for enhancing regenerative medicine in skeletal tissues) badaniach uczestniczyli znani na całym świecie eksperci w dziedzinie ortopedii z Unii Europejskiej i Nowej Zelandii. Celem konsorcjum było opracowanie nowych rozwiązań w zakresie medycznej regeneracji układu mięśniowo-szkieletowego, w tym kości, chrząstek i ścięgien/wiązadeł, przy zastosowaniu interdyscyplinarnego, obejmującego bioinżynierię i modelowanie matematyczne podejścia do badanego zagadnienia. Hodowla tkanki kostnej Początkowo badacze ustandaryzowali procedury izolacji, charakteryzacji i ekspansji szkieletowych komórek macierzystych z różnych źródeł. Dodatkowo opracowali kilka platform bioprodukcyjnych do projektowania i konstruowania tkankowo specyficznych rusztowań porowatych. Platformy te dostarczały materiał budulcowy i czynniki wzrostu wspomagające różnicowanie się szkieletowych komórek macierzystych na sztucznie wyhodowane kości, chrząstki czy wiązadła. Badacze zwizualizowali topologię, przeprowadzili ocenę mechaniczną oraz badania immunologiczne, jak również ocenę in vitro rusztowań wykonanych z biomateriałów. Badania na różnych modelach zwierzęcych potwierdziły biokompatybilność oraz potencjalną skuteczność kliniczną stworzonych konstrukcji. Na każdym etapie prac wspomagano się modelowaniem matematycznym. Celem było zrozumienie mechanizmów rządzących regeneracją komórek i tkanek oraz interakcji między komórkami a rusztowaniem w układzie trójwymiarowym. „Modelowanie matematyczne to nowe narzędzie badawcze niezwykle ważne dla zrozumienia zachowania komórek macierzystych, wzrostu komórek oraz wymagań w zakresie składników odżywczych, jak również wymiany gazowej podczas regeneracji tkanek” – wyjaśnia dr Yang. Zastosowania kliniczne Kolejnym krokiem w stronę klinicznego zastosowania tego prototypowego wyrobu medycznego były rozmowy z chirurgami ortopedycznymi i partnerami z branży. Co ważne, partnerzy wierzą, że „współpraca między naukowcami a lekarzami już na początkowym etapie badań nad zastosowaniami klinicznymi przyniesie branży olbrzymie korzyści społeczne i ekonomiczne”. W ramach podobnego badania lekarze i naukowcy z Uniwersytetu w Southampton podczas operacji biodra użyli konstrukcji z kości i tytanu. Stworzony specjalnie dla operowanego pacjenta implant został zaprojektowany i wyprodukowany z wykorzystaniem narzędzi do projektowania komputerowego oraz najnowocześniejszych technologii. Do wypełnienia ubytków kostnych oraz pobudzenia do regeneracji tkanki w obrębie implantu lekarze użyli komórek macierzystych kości. Oczekuje się, że ta nowoczesna technologia znacznie przyczyni się do poprawy zdrowia pacjenta. Ogólnie mówiąc, w ramach projektu SKELGEN udało się nawiązać trwałą, interkontynentalną współpracę dzięki wymianie badaczy między beneficjentami z UE a nowozelandzkimi partnerami, corocznym spotkaniom dotyczącym postępów i warsztatom. Uzyskane wyniki zostały przedstawione na międzynarodowych sympozjach i konferencjach oraz w wielu publikacjach. Wszystkie podjęte wysiłki pozwoliły członkom konsorcjum otrzymać unijny grant ITN. Pomijając kwestie polityczne i etyczne, uczestnicy projektu SKELGEN przewidują, że innowacyjne rozwiązania z zakresu terapii komórkami macierzystymi pozwolą osiągnąć znaczne postępy w medycynie regeneracyjnej. Coraz szybsze starzenie się populacji sprawia, że taki rozwój tej gałęzi medycyny jest niezbędny do poprawy jakości życia społeczeństwa i zmniejszenia kosztów opieki zdrowotnej.
Słowa kluczowe
Medycyna regeneracyjna, rusztowania, SKELGEN, kość, modelowanie matematyczne
