Componentă esenţială a articulaţiilor, cartilajul este este dificil de reparat. Acum, oamenii de ştiinţă au dezvoltat un nou material bioactiv care a regenerat cu succes cartilajul de înaltă calitate din articulaţiile genunchiului unui model de animal mare.
Deşi arată ca o pastă cauciucată, materialul este de fapt o reţea complexă de componente moleculare, care lucrează împreună pentru a imita mediul natural al cartilajului în organism, spun cercetătorii de la Universitatea Northwestern din Statele Unite.
În cadrul noului studiu, cercetătorii au aplicat materialul pe cartilajele deteriorate din articulaţiile genunchilor animalelor.
În doar şase luni, laboratorul a observat dovezi ale unei reparaţii îmbunătăţite, inclusiv creşterea de noi cartilaje care conţin biopolimeri naturali (colagen II şi proteoglicani), care permit o rezistenţă mecanică fără durere a articulaţiilor.
Cercetătorii afirmă că noul material ar putea fi utilizat într-o bună zi pentru a preveni operaţiile de înlocuire completă a genunchiului, pentru a trata boli degenerative precum osteoartrita şi pentru a repara leziuni legate de sport, precum rupturile LCA.
Studiul va fi publicat săptămâna aceasta în revista Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS.
„Cartilajul este o componentă esenţială în articulaţiile noastre", explică Samuel I. Stupp de la Northwestern, un pionier în annomedicina regenerativă care a condus studiul.
Atunci când cartilajul se deteriorează sau se rupe în timp, acesta poate avea un impact mare asupra sănătăţii şi mobilităţii generale a oamenilor, spun cercetătorii.
„Problema este că, la oamenii adulţi, cartilajul nu are o capacitate inerentă de vindecare. Noua noastră terapie poate induce repararea unui ţesut care nu se regenerează în mod natural. Credem că tratamentul nostru ar putea contribui la rezolvarea unei nevoi clinice grave, nesatisfăcute", a precizat acesta într-un comunicat al universităţii.
Din ce e compus noul material?
Noul studiu urmează lucrărilor publicate recent de laboratorul Northwestern, în care echipa a folosit „molecule dansatoare" pentru a activa celulele cartilajului uman pentru a stimula producţia de proteine care construiesc matricea ţesutului.
În loc să utilizeze „molecule dansatoare", noul studiu evaluează un biomaterial hibrid dezvoltat, de asemenea, în laboratorul universităţii americane.
Noul biomaterial cuprinde două componente: o peptidă bioactivă care se leagă de factorul de creştere şi transformare beta-1 (TGFb-1) - o proteină esenţială pentru creşterea şi menţinerea cartilajului - şi acid hialuronic modificat, o polizaharidă naturală prezentă în cartilaj şi în lichidul sinovial lubrifiant din articulaţii.
„Mulţi oameni sunt familiarizaţi cu acidul hialuronic deoarece este un ingredient popular în produsele de îngrijire a pielii", a adăugat Stupp.
„De asemenea, acesta se găseşte în mod natural în multe ţesuturi din corpul uman, inclusiv în articulaţii şi creier. L-am ales pentru că seamănă cu polimerii naturali care se găsesc în cartilaje", a precizat cercetătorul.
Echipa a integrat peptida bioactivă şi particulele de acid hialuronic modificate chimic pentru a conduce autoorganizarea fibrelor la scară nanometrică în fascicule care imită arhitectura naturală a cartilajului.
Scopul a fost de a crea o matrice atractivă pentru celulele proprii ale organismului pentru a regenera ţesutul cartilaginos. Cu ajutorul semnalelor bioactive din fibrele la scară nanometrică, materialul încurajează repararea cartilajului de către celulele care populează scheletul.
Fig 1.: Cartilaj de control (colorat cu safranină) prezentat cu un defect în partea superioară stângă a imaginii. Fiog. 2: Cartilajul tratat (colorat cu safranină) a arătat că defectul a fost completat. Credit: Samuel I. Stupp/Universitatea Northwestern, august 2024
Relevanţă clinică pentru oameni
Pentru a evalua eficacitatea materialului în promovarea creşterii cartilajului, cercetătorii l-au testat pe oi cu defecte de cartilaj la nivelul articulaţiei fesei, o articulaţie complexă a membrelor posterioare similară genunchiului uman.
Această activitate a fost desfăşurată în laboratorul Facultăţii de Medicină Veterinară a Universităţii Wisconsin-Madison.
Potrivit cercetătorilor, testarea pe un model de oaie a fost vitală. La fel ca la om, cartilajul oilor este incredibil de dificil de regenerat. Articulaţiile oilor şi genunchii oamenilor au, de asemenea, asemănări în ceea ce priveşte suportul de greutate, dimensiunea şi sarcinile mecanice.
„Un studiu pe un model de oaie este mai predictiv cu privire la modul în care tratamentul va funcţiona la om", a comentat Stupp. „La alte animale mai mici, regenerarea cartilajului are loc mult mai uşor", a precizat el.
În cadrul studiului, cercetătorii au injectat materialul gros, asemănător unei paste, în defectele de cartilaj, unde s-a transformat într-o matrice cauciucată. Nu numai că noul cartilaj a crescut pentru a umple defectul pe măsură ce schela se degrada, dar ţesutul reparat a fost în mod constant de calitate superioară în comparaţie cu martorul.
O soluţie durabilă
În viitor, cercetătorii speră că noul material ar putea fi aplicat articulaţiilor în timpul operaţiilor deschise sau artroscopice. Standardul actual de îngrijire este chirurgia prin microfracturare, în timpul căreia chirurgii creează mici fracturi în osul de bază pentru a induce creşterea unui nou cartilaj.
„Principala problemă a abordării prin microfracturare este că aceasta duce adesea la formarea de fibrocartilaj - cartilajul asemănător celui din urechile umane - spre deosebire de cartilajul hialin, care este cel de care avem nevoie pentru a avea articulaţii funcţionale", a precizat Stupp.
Prin regenerarea cartilajului hialin, noua abordare ar trebui să fie mai rezistentă la uzură, rezolvând problema mobilităţii reduse şi a durerii articulare pe termen lung, evitând în acelaşi timp necesitatea reconstrucţiei articulaţiilor cu piese mari de înlocuire, concluzionează autorii.
Foto articol: O imagine microscropică a noului biomaterial. Nanofibrele sunt roz; acidul hialuronic este reprezentat în violet. Credit: Samuel I. Stupp/Universitatea Northwestern.
