Πόνοι σε αρθρώσεις: Επιστήμονες ανέπτυξαν βιοδιασπώμενο τζελ που αλλάζει τα δεδομένα στην αναγέννηση του χόνδρου

Μια νέα προσέγγιση για να σκληρύνουν ένα πρωτεϊνικό τζελ χωρίς να θυσιάζεται η απαιτούμενη ακαμψία ανέπτυξαν επιστήμονες.

Ένα τζελ που συνδυάζει ακαμψία και σκληρότητα χαρακτηρίστηκε “άλμα προόδου” στην προσπάθεια δημιουργίας βιοδιασπώμενων εμφυτευμάτων για τραυματισμούς στις αρθρώσεις, σύμφωνα με νέα έρευνα του πανεπιστημίου British Columbia (UBC).

Η μίμηση του κανονικού αρθρικού χόνδρου, που βρίσκεται στις αρθρώσεις του γόνατου και του ισχίου μας, είναι μια σύγχρονη επιστημονική πρόκληση. Αυτός ο χόνδρος είναι το κλειδί για την ομαλή κίνηση των αρθρώσεων και η βλάβη σε αυτόν μπορεί να προκαλέσει πόνο, να μειώσει την λειτουργία και να οδηγήσει σε αρθρίτιδα.

Μια πιθανή λύση είναι η εμφύτευση τεχνητών ικριωμάτων από πρωτεΐνες που βοηθούν τον χόνδρο να αναγεννηθεί καθώς το ικρίωμα βιοδιασπάται.

Το πόσο καλά αναγεννάται ο χόνδρος συνδέεται με το πόσο καλά το ικρίωμα μπορεί να μιμηθεί τις βιολογικές ιδιότητες του χόνδρου. Μέχρι σήμερα, οι ερευνητές πάσχιζαν να συνδυάσουν τις φαινομενικά ασύμβατες ιδιότητες της ακαμψίας και της σκληρότητας.

Τώρα, νέα έρευνα Καναδών και Κινέζων επιστημόνων που δημοσιεύτηκε στο Nature περιγράφει μια μέθοδο “παντρέματος” αυτών των ιδιοτήτων σε ένα βιοδιασπώμενο τζελ.

Ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης είπε: “Ο χόνδρος είναι δύσκολος. Η επισκευή του αρθρικού χόνδρου αντιπροσωπεύει μια σημαντική ιατρική πρόκληση γιατί φυσικά δεν επιδιορθώνεται από μόνη της”.

Τα βιοδιασπώμενα εμφυτεύματα χόνδρου πρέπει να επιτύχουν μια λεπτή ισορροπία στο ότι πρέπει να είναι και άκαμπτα και σκληρά ταυτόχρονα, όπως ο πραγματικός χόνδρος.

Μηχανικά, όταν κάτι είναι άκαμπτο, αντιστέκεται στο να λυγίσει ή να παραμορφωθεί, αλλά αυτό συνήθως σημαίνει ότι είναι εύθραυστο: όταν το λυγίζετε, σπάει σαν γυαλί. Όταν κάτι είναι σκληρό, αντιστέκεται στο σπάσιμο, ακόμα και όταν το λυγίζετε, αλλά μπορεί να φτάσει να είναι πολύ μαλακό για να είναι χρήσιμο σε μια άρθρωση, όπως ζελέ, ή ακόμα και πιο μαλακό από τον πραγματικό χόνδρο. Αυτό συμβαίνει με τα σημερινά εμφυτεύματα που κατασκευάζονται από πρωτεΐνες, γεγονός που δημιουργεί μια αναντιστοιχία μεταξύ αυτού που χρειάζονται τα κύτταρα και αυτού που παρέχεται, λέει ο δρ. Li. Αυτό οδηγεί στο να μην επισκευάζεται ο χόνδρος όσο καλά θα μπορούσε.

Στην μελέτη, ο γιατρός και η ομάδα του ανέπτυξαν μια νέα προσέγγιση για να σκληρύνουν ένα πρωτεϊνικό τζελ χωρίς να θυσιάζεται η σκληρότητα.

Το πέτυχαν αναμιγνύοντας φυσικά τις αλυσίδες μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης που αποτελούσε το δίκτυο της γέλης. “Αυτές οι μπερδεμένες αλυσίδες μπορούν να κινηθούν, κάτι που επιτρέπει την ενέργεια -π.α. την πρόσκρουση από το άλμα- να διαχέεται, ακριβώς όπως τα αμορτισέρ στα ποδήλατα. Επιπλέον, το συνδύασαν με μια υπάρχουσα μέθοδο αναδίπλωσης και ξεδίπλωσης πρωτεϊνών, η οποία επιτρέπει επίσης τη διάχυση ενέργειας”, είπε ο πρώτος συγγραφέας, ο οποίος διεξήγαγε την έρευνα ως διδακτορικός φοιτητής στο τμήμα Χημείας του UBC.

Το τζελ που προέκυψε ήταν εξαιρετικά σκληρό, ικανό να αντισταθεί στον τεμαχισμό με νυστέρι και ήταν πιο άκαμπτο από άλλες υδρογέλες πρωτεΐνης.

Η ικανότητά του να αντιστέκεται στη συμπίεση ήταν από τις υψηλότερες που επιτεύχθηκαν από οποιαδήποτε τέτοια πηκτώματα και συγκρίθηκε άμεσα με τον πραγματικό αρθρικό χόνδρο. Και το τζελ μπόρεσε να ανακτήσει γρήγορα το αρχικό του σχήμα μετά τη συμπίεση, όπως κάνει ο πραγματικός χόνδρος μετά το άλμα!

Κουνέλια πειραματόζωα στα οποία εμφυτεύτηκε το πήκτωμα έδειξαν αξιοσημείωτα σημάδια επιδιόρθωσης του αρθρικού χόνδρου μέσα σε 3 μήνες από την εμφύτευση, χωρίς να απομένει υδρογέλη (βιοδιασπάστηκε πλήρως) και χωρίς απόρριψη του εμφυτεύματος από το ανοσοποιητικό σύστημα των ζώων.

Οι ερευνητές παρατήρησαν ανάπτυξη οστικού ιστού παρόμοια με τον υπάρχοντα ιστό και αναγεννημένο ιστό κοντά στον υπάρχοντα χόνδρο, αποτελέσματα πολύ καλύτερα απ’ ό,τι είδαν στα κουνέλια της ομάδας ελέγχου.

Είναι ενδιαφέρον ότι μια πιο άκαμπτη έκδοση του τζελ είχε καλύτερα αποτελέσματα από μια πιο μαλακή έκδοση, πιθανότατα επειδή αυτή υψηλότερη ακαμψία είναι πιο συμβατή με τους ιστούς των οστών και του χόνδρου, παρέχοντας έτσι μια φυσική ένδειξη στο σώμα για αποτελεσματική αναγέννηση. Ωστόσο, υπάρχει ο κίνδυνος να ξεπεράσουμε το άνω όριο ακαμψίας: τότε, το πολύ άκαμπτο τζελ δεν λειτούργησε το ίδιο καλά, πιθανότατα λόγω της βραδύτερης βιοδιάσπασής του στο σώμα.

Καθηγητής και χειρουργός στο πανεπιστήμιο Nanjing είπε: “Αυτό δείχνει πόσο περίπλοκος είναι αυτός ο τομέας της έρευνας και την ανάγκη να ληφθούν υπόψη πολλά διαφορετικά φυσικά και βιοχημικά στοιχεία και παράγοντες κατά τον σχεδιασμό αυτών των ικριωμάτων”.

Απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές σε ζώα και η έρευνα είναι ακόμη πρόωρη για δοκιμές σε ανθρώπους.

Τα επόμενα βήματα των ερευνητών περιλαμβάνουν αυτήν τη δοκιμή, τη βελτίωση της τρέχουσας σύνθεσης του τζελ και την προσθήκη πρόσθετων βιοχημικών ενδείξεων για την περαιτέρω προώθηση της κυτταρικής αναγέννησης.

Ο καθηγητής είπε: “Με τη βελτιστοποίηση τόσο των βιοχημικών όσο και των εμβιομηχανικών ενδείξεων μαζί, θα δούμε στο μέλλον εάν αυτά τα νέα ικριώματα μπορούν να οδηγήσουν σε ακόμα καλύτερα αποτελέσματα”.