Bioaktywne implanty wspomagają walkę ze zwyrodnieniem stawów
Stawy kolanowe stanowią złożone konstrukcje, które są podatne na różne urazy. Szczególnie istotnym problemem są zwyrodnienia układu kostno-chrzęstnego, które obejmują uszkodzenie chrząstki stawowej oraz ochranianej przez nią kości. Wiele zwyrodnień kostno-chrzęstnych występujących u aktywnych fizycznie osób w podeszłym wieku jest spowodowane degradacją chrząstki, a brak odpowiedniego leczenia zapobiegawczego może powodować pogłębianie się problemu. „Początkowe stadia choroby zwyrodnieniowej są zwykle leczone za pomocą suplementacji białka, leków przeciwzapalnych i iniekcji kwasu hialuronowego do stawu”, wyjaśnia Eva Filova, koordynatorka projektu iP-OSTEO z Instytutu Medycyny Eksperymentalnej Czeskiej Akademii Nauk. Konwencjonalne metody leczenia chirurgicznego obejmują różne techniki przeszczepów i implantacji. Jeśli te metody nie przyniosą zakładanych skutków, ostatnią opcją pozostaje całkowita wymiana stawu, co jest kosztownym i wysoce inwazyjnym zabiegiem.
Substancje bioaktywne wspomagają regenerację chrząstki
Aby uniknąć tej konieczności, badacze poszukują sposobów na wzmocnienie regeneracji komórek i zatrzymanie postępu choroby zwyrodnieniowej stawów poprzez zastosowanie biomateriałów innych niż komórki. Dzięki uwalnianiu substancji bioaktywnych mogą znacznie opóźniać całkowitą wymianę stawu lub całkowicie zapobiec wystąpieniu takiej potrzeby. Próbę rozwiązania tego problemu podjął zespół projektu iP-OSTEO, wspieranego ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”. „Główne cele prac obejmowały opracowanie biodegradowalnych rusztowań, które zawierają substancje bioaktywne wspomagające tworzenie tkanki chrzęstnej i kostnej”, wyjaśnia Filova. „Substancje te działają poprzez indukowanie pluripotencjalnych komórek macierzystych oraz mezenchymalnych komórek macierzystych”. Komórki pluripotencjalne można przygotować dzięki przeprogramowaniu zróżnicowanych komórek zwierzęcych lub ludzkich. Po wprowadzeniu do organizmu mogą one przyjmować różne formy, tworząc każdy z przeszło 200 zróżnicowanych rodzajów komórek występujących w naszych ciałach. Takie same możliwości mają także komórki mezenchymalne, które mogą różnicować się na różne rodzaje komórek, w tym komórki kości i chrząstki. Zespół pracował także nad rozwojem badań in vitro i przedklinicznych nowatorskich rusztowań, poszukiwał także sposobów na zwiększanie skali rozwiązania z myślą o zastosowaniach klinicznych.
Kompozytowy substytut wspomagający leczenie ubytków kości
W ramach projektu powstało rozwiązanie https://www.smartbonepep.eu/ (SmartBonePep) - nowy kompozytowy substytut kości wspomagający regenerację ubytków kostnych. Rusztowania SmartBonePep są biodegradowalne, zawierają także bioaktywne cząsteczki, które stymulują komórki mezenchymalne do wytwarzania macierzy kostnej. „Rozwiązanie SmartBonePep może znaleźć zastosowanie w warunkach klinicznych, jednak obecnie wymagany jest dalszy rozwój oraz uzyskanie stosownych dopuszczeń”, zauważa Filova. Badacze opracowali także nową komorę bioreaktora wykonaną w technologii druku 3D, która pozwala na dynamiczną hodowlę komórek na rusztowaniach. Obecnie celem badaczy pozostaje dalszy rozwój i komercjalizacja tego rozwiązania. „Udało nam się opracować bezkomórkowe kompozytowe rusztowania oparte na nanowłóknach, które stymulują regenerację kości i stawów u królików”, dodaje badaczka. „Zbadaliśmy także zróżnicowane rusztowania 3D oparte na hydrożelach oraz piankach, które połączyliśmy z bioaktywnymi suplementami”.
Kontrolowane uwalnianie substancji bioaktywnych
Badacze mają nadzieję, że pionierskie badania nad kontrolowanym uwalnianiem związków bioaktywnych z rusztowań pozwolą na opracowanie nowych metod leczenia i ograniczą liczbę zabiegów wymiany stawów. Dalsze prace obejmą badania przedkliniczne i kliniczne rusztowania SmartBonePep z udziałem zwierząt i pacjentów w celu weryfikacji jego skuteczności. Kolejnym istotnym elementem projektu były okazje do nawiązywania kontaktów, szkolenia i delegacje dla naukowców na początku kariery. Łącznie w ramach prac odbyło się przeszło 200 takich delegacji, które przyczyniły się do zbliżenia środowisk akademickich i przemysłowych w całej Europie. W projekcie wzięło udział siedem przedsiębiorstw oraz siedem instytucji akademickich. Dalszymi pracami zajmie się nowe pokolenie naukowców, które opracuje nowe podejście do leczenia uszkodzeń chrząstki i kości, poprawiając tym samym jakość życia pacjentów.
Słowa kluczowe
iP-OSTEO, chrząstka, kość, bioaktywne, implanty, choroba zwyrodnieniowa stawów, kolano
