Znajdź zawartość

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.

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.