Implanty „wykonane z własnych komórek” mogą położyć kres bólom pleców
Ból pleców i szyi jest często wynikiem postępującego uszkodzenia dysków oddzielających kręgi kręgosłupa. Dzięki nowym interdyscyplinarnym badaniom wkrótce możemy znaleźć lepsze rozwiązanie tego problemu: bioinżynieryjne dyski wyrosłe z własnych komórek człowieka.
Zwyrodnienie krążka międzykręgowego jest częstym problemem, który dotyka dużą część populacji.
Zwykle zdrowe krążki międzykręgowe absorbują obciążenie kręgosłupa podczas ruchu i dostosowują naszą postawę w podobny sposób jak zawieszenie samochodu.
Zużycie tych dysków może powodować ból w różnych obszarach pleców lub szyi.
Jak dotąd leczenie zwyrodnienia krążka międzykręgowego obejmuje operację zespolenia kręgosłupa i wymianę uszkodzonych krążków na sztuczne.
Jednak te podejścia przynoszą ograniczone korzyści, ponieważ nie mogą przywrócić pełnej funkcji krążków międzykręgowych, które zastępują.
Obecnie multidyscyplinarny zespół badawczy z Perelman School of Medicine, School of Engineering and Applied Science oraz School of Veterinary Medicine Uniwersytetu Pensylwanii ma na celu rozwiązanie tego problemu poprzez opracowanie bioinżynieryjnych krążków międzykręgowych wykonanych z własnych komórek macierzystych danej osoby.
Komórki macierzyste to niezróżnicowane komórki, które mogą „przekształcić się” w dowolne wyspecjalizowane komórki. Dlatego stały się przedmiotem wielu badań medycznych, w tym obecnego.
Naukowcy z University of Pennsylvania pracują od 15 lat nad bioinżynieryjnymi modelami dysków - najpierw w badaniach laboratoryjnych, potem na małych zwierzętach, a ostatnio na dużych zwierzętach.
„To ważny krok: wyhodowanie tak dużego dysku w laboratorium, umieszczenie go w przestrzeni dyskowej, a następnie rozpoczęcie integracji z otaczającą tkanką natywną. To bardzo obiecujące ”- mówi prof. Robert L. Mauck, współautor niniejszego badania.
„Obecny standard opieki tak naprawdę nie przywraca dysku, więc mamy nadzieję, że dzięki temu zaprojektowanemu urządzeniu zastąpimy go w biologiczny, funkcjonalny sposób i odzyskamy pełen zakres ruchu” - dodaje.
Dotychczasowe badania na zwierzętach zakończyły się sukcesem
Wcześniej naukowcy testowali nowe dyski - zwane „dyskowopodobnymi kątowymi strukturami” (DAPS) - na ogonach szczurów przez 5 tygodni.
W nowym badaniu, którego wyniki pojawiają się w czasopiśmie Science Translational Medicine, zespół opracował zaprojektowane dyski jeszcze bardziej. Następnie ponownie przetestowali nowy model - zwany „DAPS ze zmodyfikowaną płytką końcową” (eDAPS) - na szczurach, ale tym razem przez maksymalnie 20 tygodni.
Nowa struktura bioinżynieryjnego dysku pozwala mu lepiej zachować swój kształt i łatwiej integrować się z otaczającą tkanką.
Po kilku testach - skanach MRI i kilku dogłębnych analizach tkanek i analizach mechanicznych - naukowcy odkryli, że w modelu szczurzym eDAPS skutecznie przywrócił pierwotną strukturę i funkcję dysku.
Ten początkowy sukces zmotywował zespół badawczy do zbadania eDAPS u kóz i wszczepili urządzenie do kręgosłupa szyjnego niektórych zwierząt. Naukowcy zdecydowali się pracować z kozami, ponieważ, jak wyjaśniają, dyski kręgosłupa szyjnego mają podobne wymiary do ludzkich.
Ponadto kozy mają posturę półprostą, dzięki czemu naukowcy mogą zbliżyć swoje badania o krok do badań na ludziach.
„Bardzo dobry powód do optymizmu”
Testy naukowców na kozach również zakończyły się sukcesem. Zauważyli, że eDAPS dobrze zintegrował się z otaczającą tkanką, a mechaniczna funkcja dysków przynajmniej odpowiadała, jeśli nie przewyższała, funkcji oryginalnych krążków szyjnych kóz.
„Myślę, że to naprawdę ekscytujące, że zaszliśmy tak daleko, od ogona szczura aż po implanty wielkości człowieka” - mówi dr Harvey E. Smith, współautor badania.
„Patrząc na sukcesy odnoszące się do urządzeń mechanicznych w literaturze, myślę, że jest bardzo dobry powód, by być optymistą, że możemy osiągnąć ten sam sukces, jeśli nie przekroczyć go dzięki zaprojektowanym dyskom”.
Dr Harvey E. Smith
Naukowcy zapowiadają, że kolejnym krokiem będzie przeprowadzenie dalszych, szerszych badań na kozach, które pozwolą naukowcom lepiej zrozumieć, jak dobrze działa eDAPS.
Ponadto zespół badawczy planuje przetestować eDAPS w modelach zwyrodnienia ludzkiego krążka międzykręgowego, miejąc nadzieję, że zbliży się o krok do badań klinicznych.
„Jest bardzo pożądane wszczepienie urządzenia biologicznego, które jest wykonane z własnych komórek”, zauważa dr Smith, dodając, że „Używanie prawdziwego inżynierii tkankowej zastępczego urządzenia zachowującego ruch w endoprotezoplastyce tego rodzaju nie jest czymś, czego zrobiłem jeszcze w ortopedii ”.
„Myślę, że byłaby to zmiana paradygmatu dotycząca tego, jak naprawdę leczymy te choroby kręgosłupa i jak podchodzimy do odbudowy stawów oszczędzającej ruch” - kontynuuje.
