Naukowcy opracowali nową metodę zatrzymywania lub odwracania niepełnosprawności i bólu spowodowanego chorobą zwyrodnieniową dysku w kręgosłupie za pomocą terapii komórkowej, zgodnie z opublikowanym w czasopiśmie studium koncepcyjnym.
Zespół z Duke Pratt School of Engineering na Duke University w Durham w Północnej Karolinie wypracował nowe biomateriały, które są w stanie dostarczyć zastrzyk z komórek reparatywnych do jądra miażdżystego (NP), skutecznie łagodząc ból związany z chorobą zwyrodnieniową dysku.
Jądro miażdżyste to «galaretowata» struktura znajdująca się pomiędzy dyskami kręgosłupa. Według naukowców, tkanka NP rozkłada ciśnienie i zapewnia ruchomość kręgosłupa, co pomaga w łagodzeniu dolegliwości bólowych.
Choroba zwyrodnieniowa dysku jest powszechnym schorzeniem kręgosłupa, które występuje w wyniku uszkodzenia krążków międzykręgowych. Z wiekiem, dyski zaczynają się zużywać, co prowadzi do utraty ich zdolności do amortyzacji kręgosłupa. Może to prowadzić do poważniejszych komplikacji, takich jak zapalenie stawów.
Poprawa istniejących metod
Dotychczasowe badania laboratoryjne wykazały, że ponowne wszczepienie komórek NP może spowolnić proces degeneracji krążka, twierdzą naukowcy.
Jednak Aubrey Francisco z Wydziału Inżynierii Biomedycznej w Duke zauważa, że mimo iż wiele firm proponuje różne metody dostarczania komórek w celu zatrzymania degeneracji dysku, dostępne strategie są często niewystarczające, nieskuteczne i «pozwalają komórkom na szybką migrację z miejsca iniekcji».
Lori Setton z Wydziału Inżynierii Biomedycznej oraz Katedry Chirurgii Ortopedycznej w Duke, komentuje:
«Naszym głównym celem było stworzenie materiału, który byłby płynny na początku, a po wstrzyknięciu w przestrzeni dyskowej przekształcałby się w żel, zatrzymując komórki w miejscu, gdzie są potrzebne. Drugim celem było zaprojektowanie materiału, który dostarczyłby komórkom odpowiednie sygnały środowiskowe, aby wspierać ich przetrwanie i biosyntezę.»
Jak działają biomateriały
Nowe biomateriały działają poprzez utrzymywanie komórek w miejscu oraz uruchamianie procesu, który imituje lamininę, białko obecne w naturalnej tkance NP.
Nowa metoda zapewnia dodatkowy zastrzyk z komórek reparatywnych. Kredyt fotograficzny: Aubrey Francisco.
Setton wyjaśnia, że laminina występuje zwykle w młodych, ale nieuszkodzonych dyskach. To białko umożliwia komórkom, które zostały wstrzyknięte, przyleganie i pozostawanie na miejscu z dostarczonym biomateriałem.
Dodatkowo, laminina może także wspierać dłuższe przetrwanie komórek oraz sprzyjać produkcji większej ilości «odpowiedniej macierzy pozakomórkowej, która pomaga w zatrzymaniu degeneracji».
Mając to na uwadze, naukowcy skonstruowali «mieszankę żelu», która ma za zadanie ponowne wprowadzenie komórek NP do obszaru krążka międzykręgowego (IVD).
Żel składa się z trzech składników: białkowej lamininy-111, która została zmodyfikowana chemicznie, oraz dwóch hydrożeli glikolu polietylenowego (PEG), które mogą przyczepiać się do zmodyfikowanej lamininy. Po wstrzyknięciu, żel utrzymuje komórki na miejscu.
Ten żel został wstrzyknięty do ogonów szczurów, w ten sam sposób, w jaki komórki mogłyby być dostarczane pacjentowi. Igła była utrzymywana w miejscu w cienkiej zewnętrznej warstwie ogonów przez jedną minutę, podczas gdy żel wnikał w obszar IVD szczura.
Pozytywne wyniki wstępne
Wyniki wykazały, że żel zaczął krzepnąć po 5 minutach i w ciągu 20 minut osiągnął stabilną formę.
Dzięki zastosowaniu biomarkera lucyferazy do monitorowania postępu biomateriałów, naukowcy zauważyli, że więcej komórek pozostało na miejscu 14 dni po wstrzyknięciu, gdy zastosowano nowy nośnik biomaterialny, w porównaniu z komórkami dostarczonymi przy użyciu metod wymagających ciekłej zawiesiny, w których komórki zwykle pozostają na miejscu przez 3 do 4 dni.
Setton twierdzi, że wstępne wyniki tego badania mogą pozytywnie wpłynąć na przyszłość terapii komórkowej. Ona dodaje:
«Koncepcja polega na tym, że komórki te będą stymulowane do wytwarzania matrycy, która może wspierać regenerację tkanek lub zapobiegać degeneracji. Dalsze badania oceniające wysokość krążka oraz uwodnienie macierzy po dostarczeniu komórek będą kluczowe dla osiągnięcia tego celu. Z pewnością istnieje zainteresowanie i potencjał.»
Nowe badania i przyszłość terapii komórkowej
W kontekście najnowszych badań, interesującym aspektem jest zastosowanie terapii komórkowej w połączeniu z nowymi technologiami obrazowania, które mogą pomóc w dokładniejszym monitorowaniu efektów terapii. Naukowcy podkreślają, że przyszłość leczenia choroby zwyrodnieniowej dysku leży w zindywidualizowanym podejściu do pacjentów, co może obejmować zastosowanie komórek macierzystych oraz innowacyjnych biomateriałów.
Ponadto, w badaniach z 2024 roku pojawiły się obiecujące wyniki dotyczące zastosowania nanotechnologii w terapii komórkowej, co może zwiększyć skuteczność dostarczania komórek do miejsca uszkodzenia. Nowe metody mogą również poprawić ich przetrwanie i funkcjonalność w tkankach docelowych.
Podsumowując, postępy w badaniach nad terapią komórkową oraz rozwój nowych biomateriałów stwarzają realną nadzieję na skuteczne leczenie choroby zwyrodnieniowej dysku. W miarę jak nauka idzie naprzód, możemy oczekiwać dalszych innowacji, które zmienią sposób, w jaki podchodzimy do regeneracji tkanek w organizmie.
