Vancouver, Brits Colombia – Wat als onderzoekers een product zouden kunnen maken dat de regeneratie van kraakbeen in het kniegewricht of heupgewricht zou stimuleren en vervolgens biologisch afbreekt? Een baanbrekende ontwikkeling in het creëren van biologisch afbreekbare implantaten voor gewrichtsblessures is bereikt door het creëren van een uniek gelmateriaal dat stijfheid en duurzaamheid combineert, volgens onderzoekers van de University of British Columbia (UBC).
De meniscus, gevonden in de knie- en heupgewrichten, speelt een belangrijke rol bij het zorgen voor een soepele gewrichtsbeweging. Schade aan dit kraakbeen kan echter leiden tot pijn, verminderde functie en zelfs artritis. Een mogelijke oplossing is het gebruik van synthetische steigers gemaakt van eiwitten die helpen bij de regeneratie van kraakbeen naarmate de steiger afbreekt. Het succes van kraakbeenregeneratie hangt af van het vermogen van het schavot om de biologische eigenschappen van normaal kraakbeen na te bootsen. Tot op heden hebben onderzoekers te maken gehad met uitdagingen die de schijnbaar onverenigbare eigenschappen van stijfheid en taaiheid in deze steigers combineren.
Het onderzoek identificeert een nieuwe methode ontwikkeld door Canadese en Chinese wetenschappers die deze uitdaging aanpakt door het gebruik van een biologisch afbreekbare gel.
“Kraakbeen is complex. Meniscusreparatie is een belangrijke medische uitdaging omdat het zichzelf van nature niet herstelt.” Universitaire uitgave.
Het delicate evenwicht dat vereist is bij biologisch afbreekbare kraakbeenimplantaten vereist zowel stijfheid als duurzaamheid, die de eigenschappen van het eigenlijke kraakbeen weerspiegelen. Vaste materialen zijn meestal bestand tegen buigen of vervorming, maar hebben de neiging bros te zijn en vatbaar voor breken zoals glas. Omgekeerd breken vaste stoffen niet onder stress, maar kunnen te zacht zijn voor effectief gebruik in gewrichten, geleiachtig of zelfs zachter dan normaal kraakbeen. Dr. Lee benadrukte de huidige discrepantie tussen de vereisten van cellen en de eigenschappen van implantaten op basis van eiwitten, wat leidt tot suboptimaal kraakbeenherstel.
Om deze hindernis te overwinnen, ontwikkelden Dr. Lee en zijn team een innovatieve aanpak om de stijfheid van de eiwitgel te verbeteren zonder de taaiheid in gevaar te brengen. Ze bereiken dit door de ketens van een specifiek eiwit dat het netwerk van de gel vormt, met elkaar te verstrengelen.
legt dr. Lenglan Fu uit, de eerste auteur van de studie, die het onderzoek uitvoerde tijdens haar doctoraatsstudies aan de afdeling Chemie van de University of British Columbia.
Het team heeft ook een manier bedacht om de eiwitten te vouwen en te ontvouwen, waardoor het gemakkelijker wordt om energie te dissiperen. De resulterende gel vertoonde een opmerkelijke stijfheid, met het vermogen om scalpelsnijden te weerstaan, en vertoonde een grotere stijfheid in vergelijking met andere eiwitgels. De druksterkte werd gerangschikt onder de hoogste bereikt door vergelijkbare gels en de beste in vergelijking met normale meniscus. Bovendien herstelde de gel na compressie snel zijn oorspronkelijke vorm, net zoals echt kraakbeen dat doet na impingement.
In een dierstudie bij konijnen vertoonden gelatineuze implantaten significante tekenen van herstel van de meniscus na 12 weken, zonder achtergebleven hydrogel en zonder afstoting door het immuunsysteem van de dieren. De onderzoekers observeerden botweefselgroei vergelijkbaar met het bestaande weefsel en geregenereerd weefsel grenzend aan het oorspronkelijke kraakbeen, wat betere resultaten opleverde in vergelijking met de controlegroep.
Interessant is dat de stijvere versie van de gel betere resultaten liet zien dan het zachtere alternatief. Dit was waarschijnlijk te wijten aan het feit dat de hogere stijfheid beter verenigbaar is met bot- en kraakbeenweefsel, wat een fysieke aanwijzing is voor efficiënte regeneratie. De onderzoekers merkten echter op dat overmatige hardheid de effectiviteit van de gel belemmerde, waarschijnlijk als gevolg van langzamere slijtage in het lichaam.
Dr. Cheng Jiang, professor en chirurg aan de Universiteit van Nanjing en collega’s verklaarde de auteur van de studie.
Hoewel er meer dierproeven nodig zijn, blijven proeven op mensen een toekomstige overweging omdat het onderzoek nog in de kinderschoenen staat. De volgende stappen van de onderzoekers omvatten het uitvoeren van aanvullende tests, het optimaliseren van de gelformulering en het opnemen van aanvullende biochemische signalen om de celregeneratie te verbeteren.
“Door samen zowel biochemische als biomechanische signalen te optimaliseren, zullen we in de toekomst zien of deze nieuwe scaffolds tot betere resultaten kunnen leiden”, concludeert Dr. Lee.
De resultaten van deze studie bieden een sprankje hoop voor personen met gewrichtsblessures, en maken de weg vrij voor de ontwikkeling van biologisch afbreekbare implantaten die op effectieve wijze natuurlijk kraakbeen kunnen nabootsen en succesvolle regeneratie kunnen bevorderen.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift natuur.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
More Stories
China is van plan het Tiangong-ruimtestation uit te breiden; Stel deze in op “Space Rule” omdat het ISS wordt uitgeschakeld
De Verenigde Staten detecteren het eerste geval van de H5N1-vogelgriep bij een varken, wat aanleiding geeft tot bezorgdheid voor de mens
NASA zal in 2025 de ruimtewandelingen aan boord van het internationale ruimtestation hervatten na een lek in het ruimtepak