Dyrkning af brusk -- ingen nem opgave

Northwestern University-forskere er de første til at designe et bioaktivt nanomateriale, der fremmer væksten af ​​ny brusk in vivo og uden brug af dyre vækstfaktorer. Minimalt invasiv, terapien aktiverer knoglemarvens stamceller og producerer naturlig brusk. Ingen konventionel terapi kan gøre dette.

Resultaterne vil blive offentliggjort online i ugen den 1. februar af Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

"I modsætning til knogler, brusk vokser ikke tilbage, og derfor er kliniske strategier til at regenerere dette væv af stor interesse, sagde Samuel I. Stupp, senior forfatter, Bestyrelsen professor i kemi, Materialevidenskab og teknik, og medicin, og direktør for Institut for BioNanoteknologi i Medicin. Utallige mennesker - amatøratleter, professionelle atleter og folk, hvis led lige er slidt - lær det alt for godt, når de kommer med dårlige knæ, skuldre og albuer til en ortopædkirurg.

Beskadiget brusk kan føre til ledsmerter og tab af fysisk funktion og i sidste ende til slidgigt, en lidelse med en anslået økonomisk indvirkning, der nærmer sig 65 milliarder dollars i USA. Med en aldrende og stadig mere aktiv befolkning, dette tal forventes at stige.

"Brsk regenereres ikke hos voksne. Når du først er fuldt udvokset, har du al den brusk, du nogensinde vil have, " sagde førsteforfatter Ramille N. Shah, assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved McCormick School of Engineering and Applied Science og assisterende professor i ortopædkirurgi ved Feinberg School of Medicine. Shah er også fast fakultetsmedlem ved Institut for BioNanoteknologi i Medicin.

Type II kollagen er det vigtigste protein i ledbrusk, den glatte, hvidt bindevæv, der dækker enderne af knoglerne, hvor de samles og danner led.

"Vores materiale af nanoskopiske fibre stimulerer stamceller i knoglemarven til at producere brusk indeholdende type II kollagen og reparere det beskadigede led, " sagde Shah. "En procedure kaldet mikrofraktur er den mest almindelige teknik, der i øjeblikket bruges af læger, men det har en tendens til at producere en brusk, der overvejende har type I kollagen, som mere ligner arvæv."

Northwestern-gelen injiceres som en væske til området af det beskadigede led, hvor den så selv samler sig og danner et fast stof. Denne ekstracellulære matrix, som efterligner, hvad celler normalt ser, binder ved molekylært design en af ​​de vigtigste vækstfaktorer til reparation og regenerering af brusk. Ved at holde vækstfaktoren koncentreret og lokaliseret, bruskcellerne har mulighed for at regenerere.

Sammen med Nirav A. Shah, en sportsmedicinsk ortopædkirurg og tidligere ortopædisk bosiddende i Northwestern, forskerne implanterede deres nanofibergel i en dyremodel med bruskdefekter.

Dyrene blev behandlet med mikrofraktur, hvor der laves små huller i knoglen under den beskadigede brusk for at skabe en ny blodforsyning for at stimulere væksten af ​​ny brusk. Forskerne testede forskellige kombinationer:mikrofraktur alene; mikrofraktur og nanofibergelen tilsat vækstfaktor; og mikrofraktur og nanofibergelen uden tilsat vækstfaktor.

De fandt ud af, at deres teknik gav meget bedre resultater end mikrofrakturproceduren alene, og vigtigere, fandt, at tilføjelse af den dyre vækstfaktor ikke var nødvendig for at få de bedste resultater. I stedet, på grund af gelmaterialets molekylære design, vækstfaktor, der allerede er til stede i kroppen, er nok til at regenerere brusk.

Matrixen behøvede kun at være til stede i en måned for at producere bruskvækst. Matrixen, baseret på selvsamlende molekyler kendt som peptidamfifiler, bionedbrydes til næringsstoffer og erstattes af naturlig brusk.