Un nou biomaterial regenerează cartilajul deteriorat din articulații

Oamenii de știință de la Universitatea Northwestern au dezvoltat un nou material bioactiv care regenerează cartilajul deteriorat din articulații. Pentru moment, materialul a fost testat cu succes în regenerarea unui cartilaj de înaltă calitate în articulațiile genunchiului unui model de animal mare.

Deși materialul arată ca o pastă cauciucată, el este de fapt o rețea complexă de componente moleculare, care lucrează împreună pentru a imita mediul natural al cartilajului din organism.

În cadrul acestui nou studiu, cercetătorii au aplicat materialul pe cartilajele deteriorate din articulațiile genunchilor animalelor. În doar șase luni, aceștia au observat dovezi clare ale unei reparații îmbunătățite, inclusiv creșterea de noi cartilaje care conțin biopolimeri naturali, cum ar fi colagenul II și proteoglicanii, care permit o funcționare mecanică fără durere a articulațiilor.

Cercetătorii afirmă că acest nou material ar putea fi utilizat în viitor pentru a preveni operațiile de înlocuire totală a genunchiului, pentru a trata afecțiuni degenerative precum osteoartrita și pentru a repara leziuni sportive, precum rupturile ligamentului încrucișat anterior (LCA).

„Cartilajul este o componentă esențială a articulațiilor noastre.”, a declarat Samuel I. Stupp de la Northwestern, coordonatorul studiului.

Din ce este alcătuit materialul care regenerează cartilajul deteriorat din articulații?

„Când cartilajul se deteriorează sau se rupe de-a lungul timpului, acest lucru poate avea un impact major asupra sănătății și mobilității generale a unei persoane. Problema este că, la adulți, cartilajul nu are capacitatea inerentă de a se vindeca. Noua noastră terapie poate induce regenerarea unui țesut care nu se reface în mod natural. Considerăm că tratamentul nostru ar putea răspunde unei nevoi clinice semnificative și nesatisfăcute.”, a mai explicat profesorul Stupp.

Acest nou studiu continuă cercetările publicate recent de laboratorul lui Stupp, în care echipa a folosit așa-numitele „molecule dansante” pentru a activa celulele cartilajului uman, stimulând astfel producția de proteine care formează matricea țesutului.

În loc să folosească molecule dansante, noul studiu explorează un biomaterial hibrid dezvoltat tot în laboratorul lui Stupp. Acest biomaterial constă din două componente: o peptidă bioactivă care se leagă de factorul de creștere transformant beta-1 (TGFb-1) – o proteină esențială pentru creșterea și menținerea cartilajului – și acid hialuronic modificat, un polizaharid natural prezent atât în cartilaj, cât și în lichidul sinovial lubrifiant al articulațiilor.

Echipa lui Stupp a integrat peptida bioactivă și particulele de acid hialuronic modificate chimic pentru a facilita autoorganizarea fibrelor la scară nanometrică în mănunchiuri care imită arhitectura naturală a cartilajului.

Scopul a fost de a crea o structură care să atragă celulele proprii ale organismului, stimulând astfel regenerarea țesutului cartilaginos. Datorită semnalelor bioactive emise de fibrele la scară nanometrică, materialul încurajează repararea cartilajului de către celulele care populează scheletul creat.^[sursa]

Aplicabilitatea noului material în intervenții chirurgicale

Pentru a evalua eficacitatea materialului în promovarea creșterii cartilajului, cercetătorii l-au testat pe oi cu defecte de cartilaj la nivelul articulației buflului, o articulație complexă a membrelor posterioare, similară genunchiului uman. Acest experiment a fost realizat în laboratorul lui Mark Markel de la Facultatea de Medicină Veterinară a Universității Wisconsin-Madison.

Potrivit lui Stupp, testarea pe un model de oaie a fost esențială. La fel ca la om, cartilajul oilor este extrem de dificil de regenerat.

„Un studiu pe un model de oaie oferă o previziune mai bună cu privire la modul în care tratamentul va funcționa la om. La alte animale mai mici, regenerarea cartilajului are loc mult mai ușor.”, a explicat Stupp.

În cadrul studiului, cercetătorii au injectat materialul dens, asemănător unei paste, în defectele de cartilaj, unde acesta s-a transformat într-o matrice cauciucată. Nu doar că noul cartilaj a crescut pentru a umple defectul pe măsură ce schela se degrada, dar țesutul regenerat a avut constant o calitate superioară.

Studiul a fost publicat în revista Proceedings of the National Academy of Sciences.^[sursa]

În viitor, Stupp își imaginează că acest nou material ar putea fi aplicat în articulații în timpul operațiilor deschise sau artroscopice. În prezent, standardul de îngrijire pentru astfel de afecțiuni este chirurgia prin microfracturare, în care chirurgii creează mici fracturi în osul de bază pentru a stimula creșterea noului cartilaj.