Oamenii de ştiinţă au dezvoltat un proces prin care pot induce celulele stem să producă ţesut osos.
ADN-ul poate contribui la stimularea vindecării osoase într-un mod localizat şi ţintit, de exemplu, după o fractură complicată sau după o pierdere severă de ţesut în urma unei intervenţii chirurgicale.
Acest lucru a fost demonstrat de cercetătorii de la universităţile Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) şi Leipzig (Germania), Aveiro (Portugalia) şi Institutul Fraunhofer pentru Microstructura Materialelor şi Sistemelor IMWS din Halle (Germania). Aceştia au dezvoltat un nou proces prin care acoperă materialele pentru implanturi cu un biomaterial activat genetic care induce celulele stem să producă ţesut osos.
Descoperirile au fost publicate în revista Advanced Healthcare Materials.
Oasele reprezintă pentru oamenii de ştiinţă un exemplu fascinant al capacităţii organismului de a se regenera. Ele sunt capabile să îşi recapete funcţionalitatea completă - chiar şi după o fractură - datorită capacităţii lor de a forma ţesut nou şi rezistent la locul fracturii.
„Cu toate acestea, atunci când vine vorba de fracturi complicate sau de pierderi majore de ţesut, chiar şi puterea de autovindecare a unui os este insuficientă”, explică profesorul Thomas Groth, şeful grupului de cercetare în domeniul materialelor biomedicale de la Institutul de Farmacie al MLU.
Potrivit acestuia, în astfel de cazuri, sunt necesare implanturi pentru a stabiliza osul, a înlocui părţi ale articulaţiilor sau a acoperi defecte mai mari cu materiale degradabile. Succesul unor astfel de implanturi depinde în mare măsură de cât de bine sunt încorporate în os. În ultimii ani s-au depus eforturi sporite pentru a sprijini acest proces prin acoperirea implanturilor cu materiale bioactive pentru a activa celulele osoase şi celulele stem mezenchimale.
Celulele stem mezenchimale sunt capabile să genereze diferite tipuri de ţesut, însă activarea lor pentru a regenera în mod specific osul poate fi deosebit de dificilă. În astfel de cazuri, o matrice extracelulară joacă un rol crucial.
„Ţesutul dintre celulele osoase este alcătuit, printre altele, din colagen şi sulfat de condroitină”, explică prof. Groth. „Acesta poate fi replicat în mod artificial şi aplicat pe suprafaţa implanturilor pentru a le face bioactive”, spune el.
Acest lucru asigură o mai bună încorporare a implanturilor şi este mai puţin probabil să fie respinse de organism. De asemenea, în matricea extracelulară artificială pot fi adăugate medicamente şi activatori pentru a stimula creşterea osoasă.
Un astfel de activator este proteina BMP-2, care este deja utilizată în fuziunile coloanei vertebrale sau pentru a trata fracturile complicate, care nu se vindecă.
Cu toate acestea, studiile au arătat că doza mare de BMP-2 necesară poate duce la formarea necontrolată de ţesut osos în muşchiul înconjurător, precum şi la alte efecte secundare nedorite.
Cercetătorii din Halle, Leipzig şi Aveiro propun, prin urmare, o procedură care stimulează celulele stem într-un mod mai bine direcţionat şi care provoacă mult mai puţine efecte secundare.
Un lucru pe care se concentrează aplicaţia acestora este îmbunătăţirea designului matricei extracelulare. Echipa internaţională foloseşte o tehnologie specială, strat cu strat, pentru a aplica biomaterialul pe implant. Acest lucru le permite să controleze compoziţia, structura şi proprietăţile acesteia la nivel nanometric.
„Este un proces sofisticat pe care l-am perfecţionat la MLU în colaborare cu Fraunhofer IMWS”, explică prof. Thomas Groth.
În loc să încorporeze cantităţi mari de BMP-2 direct în biofilm şi să rişte o eliberare necontrolată, cercetătorii împachetează fragmente de ADN în nanoparticule lipidice care acţionează ca nişte containere de transport. Abia după ce implantul a fost introdus, ADN-ul migrează în celulele ţesutului osos şi le stimulează să producă BMP-2. Aceasta, la rândul său, activează celulele stem care formează ţesut osos.
„Imitarea matricei extracelulare printr-o peliculă subţire de suprafaţă care devine funcţională cu ajutorul nanoparticulelor reprezintă o piatră de hotar în cercetarea materialelor farmaceutice”, explică prof. Groth. Potrivit acestuia, ADN-ul poate fi eliberat într-un mod ţintit şi limitează stimularea creşterii ţesutului, fără a provoca efecte secundare nedorite.
Metoda este potrivită şi pentru transportul ARN mesager (ARNm) şi, astfel, extinde posibilităţile medicinei regenerative - nu numai în domeniul formării oaselor, ci şi pentru alte aplicaţii terapeutice, spun autorii.
