Bioinspiracja w regeneracji kości
Choroby narządu ruchu dotykają dużą część światowej populacji i są główną przyczyną długotrwałego bólu, często prowadząc do fizycznej niepełnosprawności. U niemal miliona przypadków wymagany jest przeszczep kości, który z pomocą nowych biomateriałów przyspieszy regenerację kości. Hydrożele są atrakcyjnym materiałem do zastosowań związanych z inżynierią tkankową, ponieważ umożliwiają odtworzenie mikrośrodowiska kości. Rusztowania trójwymiarowe zapewniają usztywnienie macierzy zewnątrzkomórkowej i dostarczanie czynników wzrostu promujących regenerację kości. Wspomaga to endogenną regenerację kości lub różnicowanie komórek osteoprogenitorowych, kluczowych przy wzroście i naprawie kości. Jednocześnie hydrożele kapsułkują dużą ilość komórek i wspomagają przenikanie koniecznych składników odżywczych oraz metabolitów. Naukowcy z finansowanego przez UE projektu "Molecular design of biologically inspired soft materials for hard tissue regeneration" (PEPTIDOPAMIN) opracowali szeroki zakres wielofunkcyjnych hydrożeli do celów regeneracyjnych. Hydrożele są wstrzykiwane w miejsce złamania podczas zabiegów o minimalnej inwazyjności, by wspomóc odbudowę kości. Badacze projektu zastosowali bifosfoniany, gdyż wykazują one duże powinowactwo do jonów wapniowych w hydroksyapatycie — głównym składniku macierzy zewnątrzkomórkowej kości. Użyto bifosfonianów unieruchomionych w politlenku etylenu, a uzyskane w ten sposób hydrożele wykazują odpowiedź na działanie wapnia, dzięki czemu nadają się do zastosowań w układzie szkieletowym. Tworzenie się żelu następowało w ciągu jednej minuty po wstrzyknięciu. Zaobserwowano jednocześnie wyraźne objawy gojenia się. Elastyczność żelu wzrasta wraz z zawartością polimeru oraz stężeniem jonów wapniowych. Sieciowanie przy współudziale jonów wapnia okazało się silniejsze niż indukowane przez inne dwuwartościowe jony. Kolejną zaletą materiału bisfosfonianowego jest fakt, iż po kowalencyjnej immobilizacji aktywność osteoklastów w remodelowaniu kości nie została zahamowana. Co więcej nie stwierdzono znaczącej cytotoksyczności w stosunku do osteoklastów. Jest to bardzo istotne, ponieważ nie istnieje ryzyko wycieku i w konsekwencji lokalnego przedawkowania lub zaburzenia równowagi w obrocie kości. Skład hydrożelu wymaga jeszcze dopracowania celem zredukowania nadmiernego twardnienia materiału, tak aby współgrało to z zależnymi od czasu właściwościami mechanicznymi procesu leczenia kości. Biodegradowalna natura hydrożeli PEPTIDOPAMIN i ich zdolność do wspomagania odbudowy kości zachęcają do dalszych badań. Niniejsze nowatorskie biomateriały mogą znacząco poprawić wynik leczenia defektów kości w starzejącym się społeczeństwie, a co za tym idzie zredukować obciążenie służby zdrowia.
