Znajdź zawartość

Naukowcy z North Carolina State University opracowali niezwykły materiał, który już niedługo może znaleźć zastosowanie m.in. w ortopedii. Substancją tą jest spieniona forma metalu, która może posłużyć jako element spajający kości lub ułatwiający związanie się implantów z tkanką kostną. Jak twierdzą autorzy wynalazku, jego główną zaletą jest biokompatybilność (tzn. możliwość umieszczania go w obrębie żywej tkanki bez wywoływania nadmiernej reakcji immunologicznej) oraz niska gęstość, nieprzekraczająca tej charakterystycznej dla aluminium. Ważne są także korzystne właściwości mechaniczne, takie jak zdolność do absorpcji drgań oraz elastyczność porównywalna z naturalną tkanką kostną. Równie niezwykły, co porowata forma nowego materiału, jest jego skład chemiczny. Oprócz pianki złożonej w 100% ze stali badacze opracowali bowiem dość rzadko spotykaną w tradycyjnych konstrukcjach mieszankę stali i aluminium. Jednocześnie, jak zaznaczają autorzy, liczne przestrzenie obecne w implancie pozwalają na jego infiltrację przez elementy żywej tkanki, ułatwiając tym samym jego umocowanie w organizmie i wzmacniając jego integrację ze strukturami ożywionymi. Jak ocenia szef zespołu pracującego nad udoskonaleniem metalicznej pianki, dr Afsaneh Rabiei, ma ona sporą szansę wyprzeć tytan z pozycji najlepszego materiału do produkcji wielu rodzajów implantów. Zdaniem badacza kluczową cechą nowego wynalazku jest jego stosunkowo wysoka elastyczność, trzykrotnie większa niż w przypadku tytanu i jednocześnie zbliżona do wartości charakterystycznych dla tkanki kostnej. Jest to niezwykle ważne, gdyż ogromna sztywność implantów tytanowych sprzyja przyjmowaniu przez nie zbyt wielkich obciążeń, przez co na styku z metalowym ciałem obcym w wielu przypadkach dochodzi do obumierania komórek tkanki kostnej. Ostateczne zatwierdzenie metalicznej pianki do zastosowania klinicznego będzie jednak wymagało dalszych testów.

Osoby z celiakią są szczególnie narażone na osteoporozę, ponieważ ich układ odpornościowy atakuje tkankę kostną (New England Journal of Medicine). O tym, że z celiakią, zwaną też chorobą trzewną, wiąże się ryzyko przedwczesnej osteoporozy, wiedziano już od jakiegoś czasu. Dotąd tłumaczono to zaburzeniami wchłaniania wapnia bądź witaminy D. Naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu wykazali jednak, że organizmy chorych wytwarzają przeciwciała atakujące osteoprotegerynę (OPG) - białko pełniące rolę inhibitora resorpcji kości. Należy ono do rodziny receptorów czynników martwicy nowotworów. Jego niedobór prowadzi do osteoporozy, a nadmiar do osteopetrozy. Dzięki studium Szkotów wyjaśniło się, czemu pacjenci z celiakią nie reagują na leczenie Ca i witaminą D. U 20% badanych osób stwierdzono obecność zaburzających działanie OPG przeciwciał. To duży krok naprzód. Nie tylko odkryliśmy, czemu w celiakii występuje osteoporoza, ale zauważyliśmy też, iż bardzo dobrze reaguje ona na leki zapobiegające usuwaniu tkanki kostnej. Testy na przeciwciała mogą wiele zmienić w życiu chorych, alarmując nas, że istnieje ryzyko osteoporozy i pomagając dla nich znaleźć właściwą formę leczenia – podsumowuje szef projektu badawczego, prof. Stuart Ralston z Instytutu Genetyki i Medycyny Molekularnej.

Na terenie Unii Europejskiej rozpoczęły się testy nowego implantu stymulującego odbudowę tkanki kostnej i chrzęstnej. Wynalazek, opracowany przez naukowców z MIT przy współpracy z kolegami z Uniwersytetu Cambridge, ma ułatwić rekonstrukcję stawów uszkodzonych np. w przebiegu chorób lub w wyniku wypadków. Eksperymentalny produkt ma dwojakie działanie. Po pierwsze, zawarte w nim związki aktywnie stymulują odbudowę leczonej tkanki. Po drugie, stanowi on podporę dla dzielących się komórek i wspomaga odtworzenie prawidłowej struktury stawu. Implant opracowany przez specjalistów z MIT jest zbudowany z dwóch warstw. Pierwsza z nich, widoczna na załączonym zdjęciu jako część powyżej poziomej linii przecinającej gąbczastą strukturę, to część odpowiadająca za stymulację powstawania tkanki kostnej. Dolna pobudza wytwarzanie tkanki chrzęstnej, tworzącej naturalną powłokę ścierających się ze sobą powierzchni stawowych. Źródłem komórek odbudowujących uszkodzoną tkankę jest szpik kostny. To z niego, dzięki stymulacji przez składniki implantu, uwalniane są tzw. mezenchymalne komórki macierzyste, zdolne do migracji i integracji w sprzyjających miejscach. Po opuszczeniu szpiku identyfikują one implant i wiążą się z nim, a następnie przekształcają się w komórki tkanki kostnej i chrzęstnej. Dotychczasowe testy wynalazku, przeprowadzone na kozach, zakończyły się sukcesem - uszkodzoną tkankę udało się odbudować w czasie do 16 tygodni. Teraz przyszedł czas na badania na ludziach. Od ich wyników będzie zależało ewentualne dopuszczenie nowej technologii do powszechnego zastosowania w klinikach.

Naukowcy z uczelni Georgia Tech stworzyli w swoich laboratoriach sztuczną kość, która naśladuje zdolność swojego naturalnego odpowiednika do stopniowego "przenikania" w ścięgna i więzadła. Zastosowana metoda może znaleźć zastosowanie głównie w medycynie regeneracyjnej. Istotną cechą tkanki kostnej jest jej zdolność do wnikania pomiędzy elementy struktur takich, jak ścięgna czy więzadła, i tworzenie wspólnie z nimi złożonej sieci. Ta charakterystyczna struktura umożliwia powstanie ogromnej powierzchni styku dwóch różnych typów komórek, nadając powstającemu w ten sposób połączeniu unikalną wytrzymałość. Dotychczas brakowało sposobów na tworzenie tak złożonych połączeń, lecz wykonane przez Amerykanów badania stanowią istotny krok naprzód w tej dziedzinie. Pracujący na Georgia Tech naukowiec, prof. Andres Garcia, opisuje główne założenia projektu: jednym z największych wyzwań w medycynie regeneracyjnej jest wytworzenie stopniowo "rozrzedzającej się" struktury, ponieważ właśnie tak zbudowana jest większość tkanek. Istnieją też badania silnie sugerujące, że właśnie taka powierzchnia zapewnia lepszą spójność i zdolność do przenoszenia ciężarów. Prowadzonemu przez niego zespołowi udało się nie tylko uzyskać kość o pożądanej strukturze, lecz także wytworzyć gradient stopniowo przenikających się struktur o różnym stopniu sztywności. Co więcej, uzyskana hybryda została skutecznie wszczepiona zwierzętom laboratoryjnym na kilka tygodni. Kluczem do sukcesu okazało się stworzenie trójwymiarowego szkieletu, który został wysycony różnymi stężeniami cząsteczek retrowirusa - mikroorganizmu podobnego do wirusa HIV, zdolnego do przekazywania własnych genów komórkom, z którymi wejdzie w kontakt. Na tak przygotowaną powierzchnię naniesiono fibroblasty - komórki zdolne do wytwarzania, w zależności od rodzaju stymulacji, różnego rodzaju włokien charakterystycznych np. dla tkanki kostnej, skóry czy więzadeł. W eksperymencie zastosowano wirusa przenoszącego gen dla białka zwanego Runx2. Należy ono do tzw. czynników transkrypcyjnych, czyli protein regulujących aktywność niektórych genów. Aktywność Runx2 wywołuje m.in. powstawanie kości. Im węcej jego kopii jest wytwarzanych przez określone komórki, tym większe jest prawdopodobieństwo przyjęcia przez nie formy charakterystycznej dla kości. Jeżeli jest ich mniej, komórki rozwijają się do postaci ścięgien oraz więzadeł. Zastosowanie tak przygotowanej struktury pozwoliło na uzyskanie hybrydowej tkanki, w której elementy kości płynnie przenikają do postaci charakterystycznej dla więzadeł czy ścięgien. Tak uporządkowana architektura tkanki przypomina budowę naturalnych kości oraz ich miejsca przyczepu do mięśni (funkcję tę pełnią ścięgna) lub innych kości (więzadła). Jeżeli opracowana technologia przejdzie pomyślnie dalsze testy, możliwe będzie jej zastosowanie w medycynie, np. podczas chirurgicznej rekonstrukcji więzadeł. Zabiegi tego typu umożliwiają przywrócenie prawidłowego połączenia pomiędzy kośćmi, lecz stosunkowo często kończą się niepowodzeniem właśnie ze względu na niedoskonałość połączenia więzadła z tkanką kostną. Odpowiednia modyfikacja metody opracowanej na Georgia Tech może okazać się skutecznym rozwiązaniem tego problemu.