„Zestaw narzędzi” do regeneracji kości
Laboratoryjna hodowla tkanek kostnych metodami inżynierii tkankowej polega na stosowaniu siatek 3D z odpowiednimi czynnikami wzrostu i komórkami macierzystymi. Rusztowanie polimerowe stanowi odpowiednie podparcie dla komórek macierzystych, które namnażają się i różnicują do tkanki kostnej. Stosowanie biodegradowalnych polimerów umożliwia pełną integrację „sztucznie” wyhodowanej tkanki kostnej umieszczonej w miejscu uszkodzenia kości pacjenta. Głównym celem finansowanego przez UE projektu VASCUBONE (Construction kit for tailor-made vascularized bone implants) była optymalizacja metod i materiałów stosowanych w inżynierii tkankowej przy rekonstrukcji kości. Konsorcjum opracowało optymalne dla regeneracji kości i potrzeb pacjenta zestawienia zaawansowanych biomateriałów, dojrzałych komórek macierzystych i metod obrazowania. Naukowcy przetestowali biozgodność oraz właściwości osteokonduktywne i osteoinduktywne wybranych biomateriałów. Zwracano szczególną uwagę na poprawę hydrofilności i zwiększenie powierzchni aktywnej stosowanych materiałów. W tym celu przeanalizowano czynne nanocząstki diamentu (nDP), które zwiększają powierzchnię styczności z biokomponentami. Taka macierz międzykomórkowa w połączeniu z określonymi czynnikami wzrostu tworzy odpowiednie warunki do różnicowania mezenchymatycznych komórek macierzystych do komórek kostnych. Partnerzy projektu przebadali również procesy kontroli i monitorowania osadzania się komórek na rusztowaniu i ich różnicowania oraz interakcje pomiędzy komórkami a macierzą międzykomórkową. Określony przepływ oscylacyjny okazał się najskuteczniejszy dla inkorporowania komórek w porowatą strukturę rusztowania. Badania w ramach projektu VASCUBONE prowadzono na zwierzęcych modelach uszkodzeń kości. Proces tworzenia się nowej tkanki kostnej oceniano w badaniach histologicznych i radiograficznych. Najskuteczniejsze w odtwarzaniu tkanki kostnej okazały się rusztowania polimerowe inokulowane białkiem morfogenetycznym kości 2. Optymalizacja obrazowania metodą rezonansu magnetycznego poprawiła możliwości oceny nowych implantów kostnych w badaniach obrazowych. Przebadane nowe materiały są biokompatybilne i niecytotoksyczne, zaś badanie toksyczności nanocząsteczek diamentu nDP po podaniu dożylnym wykazało ich całkowite bezpieczeństwo. W ramach projektu VASCUBONE stworzono nowe narzędzia kontroli zapewniające bezpieczeństwo, przyjęcie się oraz skuteczność nowych implantów. Ponadto udało się opracować skuteczne metody badania in vivo karcynogenezy indukowanej czynnikami środowiskowymi i monitorowania zaimplantowanego materiału/rusztowań z użyciem bioluminescencji. Pozwoliło to przezwyciężyć ograniczenia związane z długoterminowymi badaniami na gryzoniach. Wszystkie nowe modele zostały zweryfikowane w badaniach korelacji in vitro-in vivo. Nowe materiały biomedyczne zawarte w zestawie narzędzi VASCUBONE pomogą zmniejszyć stopień niepełnosprawności, a tym samym znacznie poprawić jakość życia pacjentów i jakość świadczonych usług zdrowotnych.
Słowa kluczowe
Implanty kostne, rusztowanie polimerowe, komórki macierzyste, VASCUBONE, biomateriały
