Uszkodzone kości i chrząstki- pomoże im cudowny hydrożel

Gdy złamiemy rękę lub nogę, zazwyczaj kość po jakimś czasie się zrasta. Jeśli jednak dojdzie do większego uszkodzenia kości lub chrząstki w stawie, nie wystarczą siły naszego ciała… Nową nadzieję przynosi nam leczenie komórek macierzystych połączonych z hodrożelem – materiałem, którego właściwości są dla medycyny prawdziwym błogosławieństwem. Nowoczesne biologiczne leczenie aparatu ruchowego wykorzystuje zdobycze inżynierii tkankowej – nowej dziedziny powstałej pod koniec lat 80. XX w. Inżynieria tkankowa wykorzystuje zasady biologiczne, chemiczne, medyczne i inżynieryjne, które służą jej do regeneracji tkanek. Metody inżynierii tkankowej mogą być nieinwazyjne(aplikowane zastrzykami) oraz inwazyjne(aplikowane chirurgicznie). Obie metody wykorzystują komórki ludzkiego ciała 3-wymiarowe„rusztowanie” wprowadzenie komórek (w większości macierzyste) do leczenia i regeneracji uszkodzonej tkanki lub organu.

Komórki macierzyste postanowili wykorzystać również uczeni z Wyższej Szkoły Technicznej w Brnie. Wraz z uczonymi z wielu instytucji naukowych zaprojektowali w pełni wchłanialne nośniki z komórkami macierzystymi, które stopniowo zastępują w ciele niedziałające kości i chrząstki. Ale zacznijmy od początku…

Kości składają się z komórek (osteoblatów), mineralnych kryształów i kolagenu. Wewnątrz kości znajduje się szpik kostny, który bierze udział w produkcji nowej krwi dla całego ciała. Dzięki ukrwieniu i nerwom kość goi się dość dobrze. Jednak jeśli wielkość uszkodzenia kości osiągnie poziom krytyczny, kość nie będzie w stanie zregenerować się sama i niezbędny będzie zabieg kliniczny. Dochodzi do tego w przypadku nadmiernej utraty kości, np. po wycięciu nowotworu, po urazie, przy niegojących się złamaniach czy problemach metabolicznych. Dzięki temu kość stała się jedną z najczęściej implantowanych tkanek. Do wypełnienia defektu i zastąpienia brakującej części kości w chirurgii kostnej używa się odłamków kości (własnych lub dawcy), które stają się główną strukturą i stymulantem do przyrastania odrastającej kości. Jednakże nie zawsze odłamki kości są tolerowane przez organizm. Mogą przez to wystąpić różne problemy, jak np. odrzucenie odłamka, niepożądane reakcje immunologiczne czy alergie. Chrząstka stawowa jest najczęściej występującą chrząstką w ciele. Jest twarda, gładka, krucha i składa się z komórek (chondrocytów), kolagenowych i elastycznych włókien oraz substancji międzykomórkowej. Elastyczność chrząstek zależy od zawartości wody. Na skutek tego zachowuje się jak porowata struktura, np. gąbka. Tak jak w gąbce, w chrząstce woda wiązana jest w dowolny sposób. Przy obciążeniu dochodzi do stopniowego wyciskania wody z chrząstki i zmiany jej kształtu, np. do jej spłaszczenia. W odróżnieniu od kości, gojenie większości chrząstek dorosłego człowieka jest problematyczne. Przez nieobecność naczyń krwionośnych proces ten jest zawsze powolny i zależny od wieku pacjenta. Spontaniczna reakcja większych defektów chrząstek stawowych, które nie mają naczyń na powierzchniach styków, u dorosłych osób jest praktycznie zerowa. W leczeniu defektów chrząstki wykorzystuje się wiele metod. Do najprostszych należy artroskopia abrazyjna (chrząstka jest dosłownie szlifowana w stawie podczas nietrudnego zabiegu chirurgicznego), która powoduje odnowienie mikrocyrkulacji kości i pomaga wyeliminować powierzchniowe defekty chrząstek. Jednak nowopowstała chrząstka różni się jakością, budową oraz właściwościami biologicznymi i biomechanicznymi. Kolejną metodą jest przenoszenie walców chrząstki stawowej wraz z odłamkiem kości do miejsca uszkodzenia – tzw. plastyka mozaikowa. Naprawy chrząstki można dokonać na powierzchni maksymalnie 4 cm2. Przyjęcie się odłamka w stawie nie jest do końca idealne, dlatego metoda ta jest stosowana bardzo rzadko. Do najnowszych i bardzo wygodnych metod inwazyjnego biologicznego leczenia defektów chrząstki należy przeszczepienie autologicznych (pochodzących od pacjenta) komórek chrzęstnych. Ponieważ są to komórki własne pacjenta, nie istnieje ryzyko przeniesienia chorób od dawców, zaburzeń immunologicznych itp. Wyjątkowa transplantacja jest zabiegiem o minimalnej inwazyjności, tzn. pozostawia minimalną ranę operacyjną. Wyniki badań ą bardzo obiecujące.

Od kilku lat w Polsce wykorzystywana jest technika regeneracji osoczem bogato płytkowym, która polega na pobraniu krwi od pacjenta i jej modyfikacji bezpośrednio na sali operacyjnej. Z krwi pozyskiwane jest osocze (płynny składnik krwi), które jest w specjalny sposób wzbogacane w aktywowane płytki krwi, znacznie przyspieszające proces gojenia (aż o 50%) i regenerację uszkodzonych tkanek. Zmodyfikowane osocze wstrzykiwane jest w miejsca defektów tkanki. Metoda jest idealna do leczenia artrozy 1-3 stopnia dużych i małych stawów, zapaleń ścięgien i więzadeł, uszkodzeń łękotki itd. Nowoczesną metodę uzupełnia leczenie komórkami macierzystymi, które potrafią odnawiać i naprawiać uszkodzone tkanki i komórki. W przypadku kości potrafią przemienić się na osteoblasty, w przypadku chrząstek zaś na chondrocyty. Ponadto likwidują stany zapalne i przywracają ukrwienie tkanek. Aplikacja komórek macierzystych i aktywowanego osocza krwi jest dotychczas najskuteczniejszą metodą leczenia artrozy stawów. Dzięki wynikom badań wiadomo, że skuteczność komórek macierzystych i całego procesu regeneracyjnego zwiększa się, jeśli komórki pnia zostaną przeniesione na nośniki umieszczone na nim bezpośrednio do miejsca uszkodzenia tkanki. Nośnik jest szkieletem przyszłej tkanki(kostnej lub chrzęstnej) i zapewnia podporę dla wzrostu, odżywiania i różnicowania się komórek (proces, podczas którego „uniwersalne” komórki macierzyste uzyskują konkretne funkcje). Nośnik po wypełnieniu swojej funkcji powinien sam się rozpaść i zwolnić miejsce powstającej kości czy chrząstce- dzięki temu nie będzie potrzebna kolejna operacja usuwania implantu. Naukowcy z Wyższej Szkoły Technicznej w Brnie do leczenia kości i chrząstek stworzyli nowe hydrożelowe nośniki komórek na bazie kolagenu. Nośniki te wyglądają na optymalne środowisko dla komórek macierzystych i równocześnie spełniają warunek biologicznego rozkładu implantu. Po umieszczeniu komórek pnia na porowatym nośniku hydrożelowe implanty zostały najpierw poddane testom na świnkach miniaturowych podczas leczenia ich kości i chrząstek. Implant z komórkami stymuluje regenerację tkanki i po określonym wcześniej czasie rozpada się w organizmie na nietoksyczne produkty. Za pomocą radiologii i tomografii komputerowej potwierdzono gojenie dużego uszkodzenia kości udowej, które przebiegało dużo szybciej niż w normalnych warunkach. W przypadku leczenia chrząstki analiza tkanki potwierdziła, że w miejscu uszkodzenia powstała nowa chrząstka. Wykorzystanie nośnika bez komórek macierzystych nie było tak pomyślne. Ta sama grupa naukowców wykorzystała kolagenowy hydrożel z komórkami macierzystymi przy badaniu regeneracji chrząstki nasadowej. Chrząstka nasadowa jest typem chrząstki, który występuje tylko u dzieci w okresie wzrostu. Jest to płytka chrzęstna obecna w długich kościach, umożliwiająca im rośnięcie. Pourazowe naruszenie chrząstki nasadowej może prowadzić do zahamowania wzrostu kości na długość. Leczenie jest bardzo trudne i długotrwałe. Za to naprawa ich za pomocą komórek macierzystych umieszczonych na nośniku wydaje się bardzo skuteczna, również przy odnowie funkcji chrząstki nasadowej, która była zdeformowana i niesprawna. Nowoczesny sposób leczenia aparatu ruchowego przy użyciu metod inżynierii tkankowej, łączącej odpowiednie nośniki z komórkami macierzystymi, jest bardzo skuteczny i ma niewielkie efekty uboczne. Uczeni z Wyższej Szkoły Technicznej w Brnie muszą przeprowadzić jeszcze testy kliniczne nowych implantów na człowieku. Jeśli testy zakończą się pozytywnie, pierwsze implanty pojawią się w praktyce lekarskiej już za 10 lat.

Hydrożele to naturalne lub sztuczne substancje, których strukturę tworzy złożona sieć „spleciona” z długich łańcuchów. Umożliwia to zatrzymanie niewiarygodnej ilości wody- w hydrożelach woda może stanowić aż 99,9%! Substancje mogą nie tylko zatrzymywać wodę, ale także ją uwalniać, przy czym ich 3-wymiarowa sieć się kurczy. Hydrożele, dzięki swojemu elastycznemu zachowaniu, są bardzo podobne do żywych tkanek – dlatego mogą być wykorzystywane w medycynie.