Bioregeneracja tkanek z perspektywy czasu
W ramach częściowo finansowanego ze środków UE projektu BIODESIGN (Rational bioactive materials design for tissue regeneration) zakończono opartą na wynikach inicjatywę, która, dzięki najwyższej jakości współpracy przedstawicieli świata akademickiego i przemysłu, zmieniła sektor badań nad regeneracją tkanek. Wykorzystanie przewidywania jako głównego czynnika, umożliwia poprawę wyników elementów powodujących regenerację tkanek - komórek macierzystych i rusztowań. Dodatkową korzyścią jest skrócenie czasu trwania badań oraz ograniczenie konieczności przeprowadzania testów na zwierzętach. BIODESIGN opracował radykalne i innowacyjne rozwiązania w dziedzinie najnowszych biomateriałów, mające na celu usprawnienie modelu prognozującego i kryteriów badawczych w opracowywaniu wysokowydajnych materiałów inspirowanych zasadami biologii. Prof. Jöns Hilborn, główny koordynator naukowy wyjaśnia: „Dostępne obecnie narzędzia in vitro, włącznie z narzędziami oczekującymi na zgodę organów regulacyjnych, nie są dobrymi wskaźnikami spodziewanego wyniku in vivo”. Ocena obejmująca perspektywę czasu Analizując podstawy najlepszych produktów już opracowanych lub wciąż znajdujących się w fazie testów, zespół na początku przeprowadził analizę retrospektywną wyników uzyskanych poprzednio w badaniach klinicznych z udziałem pacjentów oraz z wykorzystaniem modeli zwierzęcych. Stosując metodę inżynierii wstecznej, w której optymalne terapie ogranicza się do ich projektu molekularnego in vitro, wykorzystali tę strategię do opracowania nowych narzędzi i materiałów do bioregeneracji przy pomocy racjonalnego modelu. Zespół BIODESIGN opracował trzy rodzaje rusztowania modułowego – miękkie żele do wstrzykiwania, kompozyty ze zgodnej macierzy pozakomórkowej (ECM) oraz ceramikę nośną. Nowo opracowane materiały poddano badaniom w kierunku degradacji oraz ich oddziaływania na zachowanie komórek i tkanek. Jeżeli chodzi o główną strategię BIODESIGN, metody oceny in vitro skorelowane są z wynikiem implantacji tkanki in vivo. Kości BIODESIGN Uwzględniając strukturę i funkcje wybranych produktów naprowadzających obecnie matryce służące do testowania produktów, biomateriałom nadaje się cechy indywidualne, odnoszące się do każdej pojedynczej konstrukcji komórki lub rusztowania. Wykorzystywane w badaniach przesiewowych in vitro narzędzia, umożliwiające opracowywanie materiałów wykorzystywanych w rusztowaniach, wymagają wiarygodnych i odpowiednich protokołów umożliwiających monitorowanie wytwarzanych tkanek, które można wykorzystywać online oraz w sposób niedestruktywny – właśnie takie opracował nasz zespół. Prof. Hilborn opisuje prace nad kośćmi, których wyniki już można zastosować komercyjnie. „BIODESIGN częściowo wsparł badania w zakresie ceramicznych kości znajdujących się obecnie na rynku, poprzez działalność firmy wydzielonej z uniwersytetu w Uppsali. Również dzięki współpracy z różnymi firmami udało się opracować nowy rodzaj biokompatybilnego kleju, który wyjątkowo mocno wiąże kości. Jeżeli uda się szczęśliwie zakończyć fazę rozwoju produktu, będzie go można wprowadzić na rynek w ciągu pięciu lat. Już teraz współpracujące małe i średnie przedsiębiorstwa oraz spółki wydzielone z ośrodków akademickich opracowały technologie, które można zalegalizować i skomercjalizować. Ponadto niektóre z nich pracują nad technologiami znajdującymi się na wczesnych etapach analizy wykonalności, ale wciąż nie są na tyle dopracowane, aby można było je stosować. Jedną z nich są nowatorskie koncepcje dotyczące leku umożliwiającego uniknięcie szkodliwych zakłóceń w obrębie RNA, który dokonuje supresji poszczególnych genów oraz bardzo mocno wiążące cementowe rusztowania kostne. Znaczne zmniejszenie liczby testów na zwierzętach Uczestnicy projektu opracowali metody obrazowania struktur tkankowych, uzyskanych metodami in vitro i in vivo. Narzędzia te umożliwiają określenie parametrów rusztowań i ich przewidywaną wydajność, nawet przed przeprowadzeniem prób na zwierzętach. Co więcej, parametry te obecnie wykorzystuje się do skorelowania wydajności rusztowań, bez konieczności prowadzenia dalszych testów na zwierzętach. Zaawansowane modele tkanek in vitro zawierają wybrane tkanki pozbawione komórek, co umożliwia wykorzystanie wskazówek morfologicznych, mechanicznych i tych pochodzących z matrycy pozakomórkowej komórki natywnej. Dane uzyskane dzięki narzędziom służącym ocenie, będące odzwierciedleniem środowiska in vivo, porównuje się z rzeczywistymi wynikami, pochodzącymi z modeli zwierzęcych, co jeszcze bardziej ogranicza potrzebę korzystania ze zwierząt w testach. Podkreślając rolę kosztów oraz wyzwań etycznych związanych z badaniami prowadzonymi na zwierzętach, prof. Hilborn podsumowuje przyszłe skutki, jakie spowoduje projekt. „Uważamy, że wciąż należy rozwijać usprawnione badania przesiewowe in vitro, wykorzystywane jako narzędzia służące przewidywaniu wyników in vivo i wymagane w wielu innych dziedzinach oprócz regeneracji kości. Wyniki badań przesiewowych in vitro powinny potwierdzać wyniki in vivo, aby umożliwić ograniczenie konieczności wykorzystywania zwierząt oraz prowadzenia czasochłonnych procedur badawczych, co przyczyni się do zmniejszenia kosztów opracowywania produktów”.
Słowa kluczowe
Regeneracja tkanek, BIODESIGN, przewidywanie, testy na zwierzętach, kość
