Uus bioaktiivne materjal taastab kahjustatud liigeste kõhresid

Pilt on illustreeriv. Foto: Shutterstock

Northwesterni ülikooli teadlased on välja töötanud uue bioaktiivse materjali, mis taastas edukalt kõrgekvaliteedilise kõhre põlveliigestes, edastab Medical Xpress. 

Kuigi see näeb välja nagu kummine kleeps, on materjal tegelikult keeruline molekulaarsete komponentide võrgustik, mis koos toimivad, et jäljendada kõhre loomulikku keskkonda kehas.

Uues uuringus rakendasid teadlased materjali loomade põlveliigeste kahjustatud kõhrele. Vaid kuue kuu jooksul täheldasid teadlased tõendeid paranemise kohta, sealhulgas uue kõhre kasvu, mis sisaldas looduslikke biopolümeere (kollageen II ja proteoglükaanid), mis võimaldavad liigestes valuvaba mehaanilist vastupidavust.

Teadlaste sõnul saab uut materjali kunagi kasutada täielike põlveliigese asendusoperatsioonide ärahoidmiseks, degeneratiivsete haiguste (nt osteoartriidi) raviks ja spordiga seotud vigastuste (nt ACL-i pisarad) parandamiseks.

Uuring avaldati ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Kõhred on meie liigestes kriitiline komponent,» ütles uuringut juhtinud Samuel I. Stupp Northwesternist.

«Kui kõhrekoe kahjustub või aja jooksul laguneb, võib see avaldada suurt mõju inimeste üldisele tervisele ja liikuvusele. Probleem on selles, et täiskasvanud inimeste kõhredel ei ole omane paranemisvõime. Meie uus ravi võib esile kutsuda paranemisvõime koes, mis loomulikult ei taastu, arvame, et meie ravi võib aidata lahendada tõsist kliinilist vajadust.»

Stupp on töötanud McCormicki insenerikoolis, Weinbergi kunstide ja teaduste kolledžis ning Feinbergi meditsiinikoolis. Jacob Lewis, endine Ph.D. Stuppi labori üliõpilane, on töö esimene autor.

Uus uuring järgib hiljuti avaldatud Stuppi laboratooriumi tööd, milles töörühm kasutas nn «tantsuvaid molekule», et aktiveerida inimese kõhrerakke, et suurendada koemaatriksit moodustavate valkude tootmist.

Tantsivate molekulide kasutamise asemel hinnatakse uues uuringus hübriidset biomaterjali, mis on samuti välja töötatud Stuppi laboris. Uus biomaterjal koosneb kahest komponendist: bioaktiivsest peptiidist, mis seondub transformeeriva kasvufaktori beeta-1-ga (TGFb-1) – kõhre kasvu ja säilitamise jaoks olulise valguga – ning modifitseeritud hüaluroonhapet, mis on looduslik polüsahhariid, mis sisaldub kõhredes ja määrdeainena liigestes.

«Paljud inimesed tunnevad hüaluroonhapet, sest see on populaarne koostisosa nahahooldustoodetes,» ütles Stupp. «Seda leidub loomulikult ka paljudes inimkeha kudedes, sealhulgas liigestes ja ajus. Valisime selle, kuna see meenutab kõhredes leiduvaid looduslikke polümeere.»

Stuppi meeskond integreeris bioaktiivse peptiidi ja keemiliselt modifitseeritud hüaluroonhappe osakesed, et juhtida nanomõõtmeliste kiudude iseorganiseerumist kimpudeks, mis jäljendavad kõhre loomulikku arhitektuuri.

Eesmärk oli luua atraktiivne karkass keha enda rakkudele kõhrekoe taastamiseks. Kasutades nanomõõtmelistes kiududes bioaktiivseid signaale, soodustab materjal kõhre parandamist karkassi asustavate rakkude poolt.

Et hinnata materjali tõhusust kõhre kasvu soodustamisel, katsetasid teadlased seda lammastel, kellel oli kõhredefekte põlvliiges, mis on inimese põlvega sarnane keeruline liiges tagajäsemetes. See töö viidi läbi Mark Markeli laboris Wisconsini-Madisoni ülikooli veterinaarmeditsiini koolis.

Stuppi sõnul oli lambamudelil testimine eluliselt tähtis. Sarnaselt inimestele on ka lamba kõhred kangekaelsed ja uskumatult raskesti taastuvad. Lammastel ja inimese põlvedel on sarnasusi ka raskuse kandmise, suuruse ja mehaaniliste koormuste osas.

Uuringus süstisid teadlased paksu pastataolist materjali kõhre defektidesse. Karkassi lagunedes ei kasvanud defekti täitmiseks mitte ainult uus kõhr, vaid parandatud kude oli kontrolliga võrreldes pidevalt kvaliteetsem.

Tulevikus kujutab Stupp ette, et uut materjali saaks liigestele kanda avatud liigese või artroskoopiliste operatsioonide ajal. Praegune ravistandard on mikromurdude operatsioon, mille käigus kirurgid tekitavad luude all olevas luus väikeseid luumurde, et kutsuda esile uue kõhre kasvu.