Znajdź zawartość

Ferrografia jest od dawna stosowana do analizy olejów, smarów i płynów hydraulicznych. Próbkę umieszcza się w silnym polu magnetycznym. W ten sposób można np. odseparować cząstki pochodzące ze zużycia silników. Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Tel Awiwie chcą zastosować zmodyfikowaną wersję tej metody – bioferrografię – do oceny stanu implantów ortopedycznych, skuteczności leków czy diagnozowania różnych chorób, np. nowotworów, na wczesnych etapach. Wyniki badań zespołu profesora Noama Eliaza ukazały się w periodyku Acta Biomaterialia. W chorobie zwyrodnieniowej stawów chrząstki ulegają stopniowym uszkodzeniom. W skrajnych przypadkach dochodzi do tarcia kości. Obecnie diagnoza opiera się w dużej mierze na wynikach prześwietlenia, w ten sposób trudno jednak precyzyjnie ocenić zaawansowanie choroby. Wg Izraelczyków, bioferrografię można wykorzystać do uchwycenia jej na wczesnym etapie, poza tym jest ona bardziej obiektywna od rtg. Za pomocą bioferrografu izoluje się docelowe komórki lub tkanki. Urządzenie wychwytuje oznakowane magnetycznie cząstki kości/chrząstki z mazi stawowej pobranej od pacjenta. Naukowcy z zespołu Eliaza zliczają je, analizują ich skład chemiczny, kształt i rozmiary. Liczbę i wymiary cząstek pochodzących ze zużycia stawu można skorelować z zaawansowaniem choroby, natomiast skład chemiczny i kształt wskazują, z jakiej warstwy histologicznej chrząstki pochodzą. Metoda jest bardzo wrażliwa – pozwala na wychwycenie cząstek o wielkości mierzonej w nanometrach. To tak wczesny etap choroby zwyrodnieniowej, że żaden ortopeda nie byłby w stanie zobaczyć niczego niepokojącego na zdjęciu. W 2003 r. prof. Donna Meyer z University of Rhode Island również proponowała, by zastosować ferrografię przy ocenie zużycia protez stawów kolanowych i biodrowych. Koledzy z Uniwersytetu w Tel Awiwie zrealizowali ten postulat, w dodatku rozwijając procedurę, stwierdzili, że technika przyda się nie tylko ortopedom, ale i farmaceutom. Izraelczycy oceniali skuteczność wstrzykiwania w staw kolanowy związków kwasu hialuronowego. U pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stosuje się serię 4 iniekcji. Przed każdą z nich przedstawiciele zespołu Eliaza pobierali próbki mazi stawowej, by ocenić, czy lek spowalnia proces uszkodzenia chrząstki lub w ogóle go zahamowuje. Bioferrograf wykazał, że podczas terapii spadło stężenie zarówno cząstek chrząstki, jak i kości. Po czwartym zastrzyku w serii ich poziom jednak wzrastał, co może stanowić podstawę do wyeliminowania ostatniej iniekcji ze schematu leczenia. Eliaz sądzi, że za pomocą bioferrografii można na etapie projektowania oceniać okres przydatności implantów ortopedycznych. Korzystając z tej technologii, projektant ustali, jak nowa geometria, wymiary i materiały wpływają na funkcjonalność protezy. Po wszczepieniu lekarze będą zaś mogli zbadać płyn maziowy i sprawdzić, czy implant eroduje, a jeśli tak, to w jakim tempie.

Leczenie ofiar ciężkich urazów kończyn może już niedługo stać się znacznie prostsze. Wszystko dzięki badaczom z University of Michigan, którzy opracowali skuteczny protokół wytwarzania w warunkach in vitro szczurzego więzadła krzyżowego przedniego - podstawowego elementu stawu kolanowego, łączącego ze sobą kości udową oraz piszczelową. Podobna technika mogłaby zostać zastosowana także u ludzi. Badacze z Michigan podkreślają, że zaproponowana przez nich metoda wytwarzania więzadła krzyżowego przedniego (ACL, od ang. anterior cruciate ligament) przeczy koncepcjom stosowanym zwykle podczas projektowania protez tej struktury. Uznaliśmy, że sztywność i wytrzymałość nie są najważniejszymi wymaganiami. Krytyczną, choć ignorowaną właściwością jest rozciągliwość, podkreśla prof. Ellen Arruda, jeden z autorów nowatorskiej metody. Nie prosimy więzadła o to, by utrzymywało masę pacjenta. Chcemy od niego, by rozciągało się i stabilizowało staw. Nowa metoda wytwarzania sztucznego ACL polega na wykorzystaniu komórek macierzystych wyizolowanych ze szpiku kostnego. W przeciwieństwie jednak do konkurencyjnych metod, polegających na stymulacji komórek do wzrostu na specjalnym rusztowaniu, badacze z Michigan wytworzyli protezę bez jakiejkolwiek wewnętrznej podpory. Efektem jest zwiększenie elastyczności oraz ilości zawartego w niej kolagenu - białka sprzyjającego osiągnięciu optymalnych właściwości mechanicznych. Więzadła wyhodowane z wykorzystaniem nowej metody wszczepiono szczurom, u których uszkodzono wcześniej ich własne ACL. Jak się okazało, wszczepiona tkanka doskonale radzi sobie w organizmie i jest lepiej unaczyniona od konkurencyjnych protez. Co więcej, z biegiem czasu korzystne właściwości poprawiały się pod wpływem naturalnych obciążeń związanych z poruszaniem się. Obecnie ciężko przewidzieć, czy i kiedy nowa metoda mogłaby zostać wykorzystana do leczenia ludzi. Jeżeli jednak wyniki wstępnych testów na zwierzętach potwierdzą się, można oczekiwać, że leczenie ciężkich przypadków urazu ACL mogłoby zmienić się nie do poznania w ciągu najbliższych kilkunastu lat.

Ból towarzyszący zapaleniu stawów jest nie tylko jego objawem, lecz także istotnym czynnikiem powodującym rozwój schorzenia - udowodnili naukowcy z Uniwersytetu Rochester. Odkrycie może mieć niebagatelne znaczenie dla zrozumienia rozwoju tej choroby. Uporczywy dyskomfort i ból jest podstawowym objawem stanu zapalnego niezależnie od jego lokalizacji. Angielscy badacze udowodnili, że w przypadku zapalenia stawów docierająca do mózgu informacja o bólu może powodować powstawanie zmian także w kolejnych stawach, pierwotnie nieobjętych szkodliwym procesem. Przyczyną zjawiska jest sposób przetwarzania i rozsyłania informacji w centralnym układzie nerwowym. Proces "rozsiewu" choroby jest ściśle związany z funkcjonowaniem rdzenia kręgowego. To do niego, a dokładniej mówiąc: do jego tylnych rogów, dociera informacja o bólu i zapaleniu. Przeprowadzony przez naukowców z Rochester eksperyment pokazuje, że wiadomość ta powoduje wydzielanie substancji prozapalnych także w układzie nerwowym, a te z kolei wywołują wzrost ich stężenia w kolejnych stawach. Substancją kluczową dla tego procesu jest niewielkie białko - interleukina 1-β (IL-1β). Jest ona wydzielana w przebiegu zapalenia, a jej rola polega na aktywacji układu odpornościowego, który eliminuje przyczynę patologicznych zmian. Niestety, w przypadku procesu chorobowego w stawach zjawisko to wymyka się spod kontroli organizmu. Co więcej, każdy kolejny sygnał o bólu przesyłany za pośrednictwem określonych neuronów zwiększa ich wrażliwość na bodziec, odstraszając w ten sposób od powtórnej ekspozycji na szkodliwe czynniki powodujące ból. Aby udowodnić wpływ interleukiny 1β na rozwój zapalenia stawów, naukowcy wyhodowali modyfikowane genetycznie myszy, u których dochodziło do zwiększonej produkcji tego białka w stawie skroniowo-żuchwowym. Eksperyment potwierdził, że rozwój zapalenia w obrębie połączenia dwóch kości powoduje wzrost poziomu IL-1β także w rdzeniu kręgowym. Kolejnym etapem badania było odnalezienie dowodu na związek pomiędzy stanem zapalnym w rdzeniu kręgowym i w kolejnych stawach. W tym celu wyhodowano kolejny szczep myszy, tym razem produkujących nadmiar IL-1β w astrocytach - komórkach towarzyszących neuronom i "opiekujących się" nimi. Są one zdolne m.in. do produkcji IL-1β, która "wabi" komórki układu odpornościowego i wywołuje odpowiedź immunologiczną. Przeprowadzone eksperymenty pokazały jasno, że rozwój stanu zapalnego w pojedynczym stawie powoduje uruchomienie serii zdarzeń, które prowadzą ostatecznie do rozwoju zapalenia także w innych stawach. Kolejny test wykazał, że przerwanie tego łańcucha powoduje znaczne osłabienie procesu chorobowego. Obserwacja ta może jest niezwykle istotna z punktu widzenia terapii chorób związanych z rozwojem niekontrolowanego stanu zapalnego. Szef zespołu odpowiedzialnego za przeprowadzone eksperymenty, dr Stephanos Kyrkanides, tłumaczy jego istotę: do niedawna sądzono, że zapalenie kości i stawów rozwija się wyłącznie z powodu ich zużycia, będącego nieodłącznym elementem starzenia. (...) Aktualne badania pokazują jednak, że za rozwój choroby odpowiadają konkretne zmiany biochemiczne, które mogą być odwrócone dzięki zastosowaniu precyzyjnie dobranych leków. Nasze badania są pierwszymi, które dostarczają solidnego dowodu na to, że niektóre z tych zmian są związane z przekaźnictwem bólu, i sugerują możliwe mechanizmy stojące za tym zjawiskiem.