Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Northwestern, ανέπτυξαν ένα νέο βιοδραστικό υλικό, το οποίο αναγέννησε με επιτυχία χόνδρο υψηλής ποιότητας στις αρθρώσεις του γόνατος ενός μεγάλου ζωικού μοντέλου.
Αν και μοιάζει με ζελέ από καουτσούκ, το υλικό είναι στην πραγματικότητα ένα σύνθετο δίκτυο μοριακών συστατικών, τα οποία συνεργάζονται για να μιμηθούν το φυσικό περιβάλλον του χόνδρου στο σώμα.
Στη μελέτη αυτή, οι ερευνητές εφάρμοσαν το υλικό σε κατεστραμμένο χόνδρο στις αρθρώσεις γόνατος ζώων. Μέσα σε μόλις έξι μήνες, οι ερευνητές παρατήρησαν ενδείξεις βελτιωμένης αποκατάστασης, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης νέου χόνδρου που περιείχε τα φυσικά βιοπολυμερή (κολλαγόνο ΙΙ και πρωτεογλυκάνες), τα οποία διασφαλίζουν την ανώδυνη μηχανική αντοχή στις αρθρώσεις.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν, ότι το νέο υλικό θα μπορούσε κάποια στιγμή να αντικαταστήσει τα χειρουργεία αντικατάστασης γόνατος, να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία εκφυλιστικών παθήσεων όπως η οστεοαρθρίτιδα και για την αποκατάσταση αθλητικών τραυματισμών όπως οι ρήξεις χιαστών.
«Ο χόνδρος, είναι ένα κρίσιμο συστατικό για τις αρθρώσεις μας», δήλωσε ο Samuel I. Stupp , ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης.
«Όταν ο χόνδρος καταστραφεί ή καταρρεύσει με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να έχει μεγάλη επίδραση στην συνολική υγεία και κινητικότητα των ανθρώπων. Το πρόβλημα είναι ότι, στους ενήλικες ανθρώπους, ο χόνδρος δεν έχει εγγενή ικανότητα επούλωσης. Η νέα θεραπεία, μπορεί να επιδιορθώσει έναν ιστό που δεν αναγεννάται φυσικά. Πιστεύουμε ότι η θεραπεία μας θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση μιας σοβαρής, ανεκπλήρωτης κλινικής ανάγκης.»
Τι περιέχει αυτό το νέο υλικό
Η νέα μελέτη, είναι συνέχεια μίας προηγούμενης μελέτης του Stupp, στην οποία η ομάδα χρησιμοποίησε «μόρια που χορεύουν», για να ενεργοποιήσει ανθρώπινα κύτταρα χόνδρου και να ενισχύσει την παραγωγή πρωτεϊνών που δημιουργούν τη μήτρα του ιστού.
Αντί να χρησιμοποιήσουν αυτά τα μόρια, στη νέα μελέτη αξιολογήθηκε ένα υβριδικό βιοϋλικό που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του Stupp. Το νέο βιοϋλικό, αποτελείται από δύο συστατικά: ένα βιοδραστικό πεπτίδιο, που συνδέεται με τον μετασχηματιστικό αυξητικό παράγοντα βήτα-1 (TGFb-1) – μια πρωτεΐνη απαραίτητη για την ανάπτυξη και συντήρηση του χόνδρου – και τροποποιημένο υαλουρονικό οξύ, ένα φυσικό πολυσακχαρίτη που υπάρχει στον χόνδρο και το αρθρικό υγρό στις αρθρώσεις.
«Πολλοί άνθρωποι είναι εξοικειωμένοι με το υαλουρονικό οξύ, επειδή είναι ένα δημοφιλές συστατικό των προϊόντων περιποίησης της επιδερμίδας», δήλωσε ο Stupp. «Βρίσκεται επίσης φυσικά σε πολλούς ιστούς σε όλο το ανθρώπινο σώμα, συμπεριλαμβανομένων των αρθρώσεων και του εγκεφάλου. Το επιλέξαμε, επειδή μοιάζει με τα φυσικά πολυμερή που βρίσκονται στον χόνδρο.»
Η ομάδα του Stupp, συνδύασε το βιοδραστικό πεπτίδιο με τα χημικά τροποποιημένα σωματίδια υαλουρονικού οξέος, με αποτέλεσμα την οργάνωση των νανοϊνών σε δέσμες, που μιμούνται τη φυσική αρχιτεκτονική του χόνδρου.
Ο στόχος ήταν, να δημιουργηθεί μία «εξέδρα» για τα κύτταρα του ίδιου του σώματος, για να αναγεννήσουν τον ιστό του χόνδρου. Στη συνέχεια, τα βιοδραστικά σήματα που στέλνονται στις νανοΐνες, ενθαρρύνουν την επισκευή του χόνδρου από τα κύτταρα, τα οποία συγκεντρώνονται σε αυτή την «εξέδρα».
Η κλινική σημασία του υλικού για τους ανθρώπους
Για να αξιολογήσουν την αποτελεσματικότητα του υλικού στην ανάπτυξη του χόνδρου, οι ερευνητές το δοκίμασαν σε πρόβατα με ελαττωματικούς χόνδρους στην άρθρωση του γόνατος, μια σύνθετη άρθρωση στα κάτω άκρα παρόμοια με το ανθρώπινο γόνατο.
Σύμφωνα με τον Stupp, οι δοκιμές αυτές ήταν ζωτικής σημασίας. Όπως και στους ανθρώπους, ο χόνδρος των προβάτων είναι εξαιρετικά δύσκολο να αναγεννηθεί. Τα γόνατα των προβάτων και των ανθρώπων, έχουν ομοιότητες στην κατανομή βάρους, το μέγεθος και τα μηχανικά φορτία.
«Η μελέτη σε γόνατο προβάτου, μπορεί να μας δώσει καλύτερη πρόγνωση για το πώς θα λειτουργήσει η θεραπεία στους ανθρώπους», δήλωσε ο Stupp. «Σε μικρότερα ζώα, η αναγέννηση του χόνδρου συμβαίνει πολύ πιο εύκολα».
Οι ερευνητές τοποθέτησαν με έγχυση το υλικό στους ελαττωματικούς χόνδρους, το οποίο μετατράπηκε σε μια μήτρα από καουτσούκ. Το αποτέλεσμα ήταν ότι, οχι μόνο μεγάλωσε νέος χόνδρος, αλλά ο επισκευασμένος ιστός ήταν υψηλότερης ποιότητας, σε σύγκριση με αυτόν της ομάδας ελέγχου.
Μια μόνιμη λύση
Ο Stupp πιστεύει, ότι το νέο υλικό θα μπορούσε να εφαρμοστεί στις αρθρώσεις κατά τη διάρκεια ανοιχτών ή αρθροσκοπικών χειρουργικών επεμβάσεων. Το υφιστάμενο πλαίσιο θεραπείας, είναι η τεχνική των μικροκαταγμάτων, κατά την οποία οι χειρουργοί δημιουργούν μικροσκοπικά κατάγματα στο υποκείμενο οστό, για να προκαλέσουν νέα ανάπτυξη χόνδρου.
«Το κύριο πρόβλημα, με την προσέγγιση των μικροκαταγμάτων, είναι ότι συχνά οδηγεί στο σχηματισμό ινοχόνδρου – τον ίδιο χόνδρο που υπάρχει στα αυτιά μας – σε αντίθεση με τον υαλοειδή χόνδρο, τον οποίο χρειαζόμαστε για να έχουμε λειτουργικές αρθρώσεις», δήλωσε ο Stupp.
«Με την αναγέννηση του υαλοειδούς χόνδρου, η προσέγγισή μας θα είναι πιο ανθεκτική στη φθορά, διορθώνοντας το πρόβλημα της κακής κινητικότητας και του πόνου στις αρθρώσεις μακροπρόθεσμα, αποφεύγοντας παράλληλα την ανάγκη για ανακατασκευή της άρθρωσης με μεγάλα κομμάτια υλικού.»