Rusztowania przyspieszające gojenie się kości inspirowane naturą
Kość ma niezwykłą zdolność do samoistnego leczenia – codzienne napięcia i obciążenia, jakim podlegają kości powodują mikropęknięcia, które szybko ulegają samoistnemu zagojeniu. Jednak w przypadku poważnych złamań lub chorób kości, przeszczepy tkanki kostnej są często niezbędne, by wspomóc ten proces. Ponieważ przeszczepy kostne mają wiele ograniczeń, zaawansowana inżynieria tkankowa może stanowić lepszą alternatywę. W ramach projektu NANOFACT (Development of bioactive nanocomposites for bone tissue engineering applications), finansowanego przez UE, badacze opracowali maleńkie biodegradowalne rusztowanie wspomagające odbudowę złamanych i pękniętych kości. Nanorusztowania, wykonane z włókien 100-krotnie mniejszych od ludzkiego włosa, są zwykle wykorzystywane w roli macierzy do odbudowy tkanek przy użyciu komórek pobranych od samego pacjenta. Ponieważ takie postępowanie wymaga dwóch operacji chirurgicznych, zespół projektu NANOFACT chciał całkiem uniknąć użycia komórek pacjenta. Badacze stworzyli rusztowanie biomimetyczne, używając w tym celu materiałów, które naśladują naturalne tkanki i aktywują podobne reakcje komórkowe w organizmie. Wykorzystali hydroksyapatyt w roli minerału kostnego, by zapewnić wytrzymałość, a chitosan w zastępstwie organicznego komponentu kości, kolagenu. Następnie z rusztowaniem tym połączyli białka zwane czynnikami wzrostu, które są naturalnie wytwarzane przez komórki kostne do regeneracji tkanek i tworzą nowe naczynia krwionośne. Na modelu szczurzym badacze dowiedli, że ich rusztowania z białkowymi czynnikami wzrostu leczyły kości znacznie skuteczniej niż same rusztowania. Jednak zaobserwowali, że rusztowania te, zamiast ulec naturalnemu rozkładowi po wszczepieniu u szczurów, pozostawały nienaruszone, wstrzymując proces gojenia się kości. Zespół projektu NANOFACT jako alternatywę wykorzystał zatem poli(alkohol winylowy) oraz macierz polimerową z polikwasu akrylowego z materiałami ceramicznymi rozproszonymi na całej powierzchni, tworzącymi porowatą strukturę. Do macierzy dodali także antybiotyk cyprofloksacynę, by zapobiec infekcjom w obszarze implantacji. Inicjując wzrost nowej kości, rusztowanie NANOFACT eliminuje konieczność hodowli komórkowej na bazie tkanek pobranych od pacjenta. Projekt NANOFACT zademonstrował potencjał bezpiecznych i skutecznych rusztowań ortopedycznych do gojenia kości na etapie przedklinicznym, wykazując ich przewagę nad obecnie dostępnymi metodami leczenia.
Słowa kluczowe
Gojenie się kości, rusztowanie, inżynieria tkankowa, biomimetyka, czynniki wzrostu
