Gdy zdolność organizmu do gojenia kości jest niewystarczająca, najczęściej wykonuje się przeszczepy. Udoskonalone rusztowania biomimetyczne z niewielkimi dawkami czynników wzrostu zwiększą skuteczność i obniżą koszty leczenia.
Kości stale ulegają mikrouszkodzeniom i naprawie w odpowiedzi na codzienne uszkodzenia. Jeśli kość nie może sama się zregenerować w przypadku ciężkich urazów lub chorób, niezbędne okazują się przeszczepy. Jednakże możliwość ich zastosowania jest ograniczona wieloma czynnikami, w związku z czym istnieje pilne zapotrzebowanie na zaawansowane techniki inżynierii tkankowej.
Aby sprostać temu zapotrzebowaniu, naukowcy opracowali w ramach finansowanego przez UE projektu „Development of bioactive nanocomposites for bone tissue engineering applications” (NANOFACT) innowacyjne nanorusztowania.
Rusztowanie biomimetyczne jest zbudowane z hydroksyapatytu, głównego składnika zębów i kości, oraz chitozanu, polisacharydu występującego w muszlach (szkielecie zewnętrznym) skorupiaków.
Chitozan przypomina naturalnie występujący w organizmie polimer, kolagen, i poprawia farmakokinetykę czynników wzrostu. Istnieją też doniesienia o działaniu przeciwbakteryjnym chitozanu i służy on jako powierzchnia przeszczepu kości. Wiązanie do rusztowania osteogennych i angiogennych czynników wzrostu (odpowiednio BMP-4, czyli białka morfogenetycznego kości 4, i VEGF-A, czyli czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego) wywołuje wzrost kości i powstawanie nowych naczyń krwionośnych, przyspieszając gojenie kości.
Hydroksyapatyt, chitozan i czynniki wzrostu połączono z inicjatorem i czynnikiem sieciującym, aby uzyskać stałe rusztowanie. Rusztowanie stopniowo uwalnia czynniki wzrostu, w miarę jak ulega degradacji zależnej od degradacji chitozanu in vivo.
Zgodność komórkową rusztowania potwierdzono in vitro w hodowli linii komórek kostnych. Badania in vitro właściwości osteogennych rusztowania w modelu uszkodzenia kości u szczura potwierdziły, że rusztowanie z czynnikami wzrostu przyspiesza gojenie znacznie skuteczniej, niż rusztowanie, które ich nie zawiera.
Rusztowanie NANOFACT działa zarówno jako powierzchnia dla tworzącej się kości, jak i inicjator jej wzrostu. Eliminuje zapotrzebowanie na prowadzenie kultur komórek uzyskanych od pacjenta przez 1–2 tygodni przed ponownym wszczepieniem i zmniejsza wymagane dawki czynników wzrostu. Udoskonalenie materiałów i poprawa ich funkcjonalności przekłada się na zmniejszenie dawek kosztownych czynników wzrostu i ogranicza uwalnianie szkodliwych produktów ubocznych biodegradacji.
Projekt NANOFACT udowodnił bezpieczeństwo i skuteczność rusztowań ortopedycznych do gojenia kości na etapie przedklinicznym, wykazując ich przewagę nad obecnie dostępnymi metodami leczenia. Potencjalny wpływ na chorobowość i jakość życia pacjentów, a także korzyści dla systemów opieki zdrowotnej, są nie do przecenienia.
Źródło: Unia Europejska, CORDIS, 2015
Kości stale ulegają mikrouszkodzeniom i naprawie w odpowiedzi na codzienne uszkodzenia. Jeśli kość nie może sama się zregenerować w przypadku ciężkich urazów lub chorób, niezbędne okazują się przeszczepy. Jednakże możliwość ich zastosowania jest ograniczona wieloma czynnikami, w związku z czym istnieje pilne zapotrzebowanie na zaawansowane techniki inżynierii tkankowej.
Aby sprostać temu zapotrzebowaniu, naukowcy opracowali w ramach finansowanego przez UE projektu „Development of bioactive nanocomposites for bone tissue engineering applications” (NANOFACT) innowacyjne nanorusztowania.
Rusztowanie biomimetyczne jest zbudowane z hydroksyapatytu, głównego składnika zębów i kości, oraz chitozanu, polisacharydu występującego w muszlach (szkielecie zewnętrznym) skorupiaków.
Chitozan przypomina naturalnie występujący w organizmie polimer, kolagen, i poprawia farmakokinetykę czynników wzrostu. Istnieją też doniesienia o działaniu przeciwbakteryjnym chitozanu i służy on jako powierzchnia przeszczepu kości. Wiązanie do rusztowania osteogennych i angiogennych czynników wzrostu (odpowiednio BMP-4, czyli białka morfogenetycznego kości 4, i VEGF-A, czyli czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego) wywołuje wzrost kości i powstawanie nowych naczyń krwionośnych, przyspieszając gojenie kości.
Hydroksyapatyt, chitozan i czynniki wzrostu połączono z inicjatorem i czynnikiem sieciującym, aby uzyskać stałe rusztowanie. Rusztowanie stopniowo uwalnia czynniki wzrostu, w miarę jak ulega degradacji zależnej od degradacji chitozanu in vivo.
Zgodność komórkową rusztowania potwierdzono in vitro w hodowli linii komórek kostnych. Badania in vitro właściwości osteogennych rusztowania w modelu uszkodzenia kości u szczura potwierdziły, że rusztowanie z czynnikami wzrostu przyspiesza gojenie znacznie skuteczniej, niż rusztowanie, które ich nie zawiera.
Rusztowanie NANOFACT działa zarówno jako powierzchnia dla tworzącej się kości, jak i inicjator jej wzrostu. Eliminuje zapotrzebowanie na prowadzenie kultur komórek uzyskanych od pacjenta przez 1–2 tygodni przed ponownym wszczepieniem i zmniejsza wymagane dawki czynników wzrostu. Udoskonalenie materiałów i poprawa ich funkcjonalności przekłada się na zmniejszenie dawek kosztownych czynników wzrostu i ogranicza uwalnianie szkodliwych produktów ubocznych biodegradacji.
Projekt NANOFACT udowodnił bezpieczeństwo i skuteczność rusztowań ortopedycznych do gojenia kości na etapie przedklinicznym, wykazując ich przewagę nad obecnie dostępnymi metodami leczenia. Potencjalny wpływ na chorobowość i jakość życia pacjentów, a także korzyści dla systemów opieki zdrowotnej, są nie do przecenienia.
Źródło: Unia Europejska, CORDIS, 2015
Komentarze
[ z 4]
Najnowsze technologie stanowią obecnie podstawę rozwoju medycyny, a w ortopedii nowe materiały służące jako implanty, protezy czy jak w tym przypadku rusztowanie do regeneracji kości są obecnie głównym nurtem tego rozwoju. Terapia czynnikami wzrostu nie jest już obecne czymś nowym i zaskakującym, także w ortopedii stosuje się je na przykład do regeneracji ścięgien i mięśni. Należy jednak bacznie obserwować pacjentów poddanych takiemu leczeniu, ponieważ nie wiemy jaki potencjał onkogenny niesie ze sobą taka terapia.
Ortopedia rozwija się w błyskawicznym tempie. To bardzo ważne, że mamy nowe materiały, przecież złamania np. szyjki kości udowej u osób w podeszłym wieku są praktycznie śmiertelne... To bardzo ważne, by cały czas pracować nad udoskonaleniem metod operacji, tworzyw, no i oczywiście, opieki pooperacyjnej. pomysł z czynnikami wzrostu- rewelacja!
Uzyskanie wczesnego wygojenia się złamania jest niezwykle ważne w ortopedii. Utrudnione gojenie się często występuje u ludzi starszych i obciążonych licznymi chorobami. Złamanie oznacza czesto unieruchomienie, a także pogorszenie stanu ogólnego osób starszych. Wygojenie się złamania daje im szansę na powrót do poprzedniej mobilności i jakości życia. Rozwój nowych technik w ortopedii moze przydac się również w przypadku ludzi młodych z licznymi złamaniami, gdzie czas rekonwalescencji odgrywa dużą rolę.
Technologia bardzo fajna i wydaje się obiecująca. Pytanie jednak jakie będą koszty takiego produktu? Może się okazać, że Polskich szpitali oraz większości pacjentów po prostu nie będzie na nią stać. Jeśli jednak udałoby się wprowadzić produkt na rynek i stosować w praktyce mogłoby się wydawać bardzo użytecznym narzędziem pracy ortopedów. Dzięki zastosowaniu technologii można by skrócić czas konieczny do pozostawania przez pacjenta w unieruchomieniu. Może u młodych osób nie miałoby to, aż tak dużego znaczenia, jednak u ludzi starszych w tym tych w wieku podeszłym, a to przecież na tą grupę wiekową nastawiony jest przede wszystkim producent i wynalazcy, skrócenie czasu unieruchomienia, a tym samy najczęściej pozostawania w łóżku mogłoby znacząco przyczynić się do zmniejszenia liczby powikłań, a tym samym może koszty leczenia równoważyłyby się przy większym komforcie pacjenta? Mówiąc o powikłaniach mam na myśli chociażby zapalenia płuc, które stosunkowo często u osób w wieku podeszłym mogą kończyć się zejściem śmiertelnym.