Bioinženjerski proboj koji pomaže u popravljanju oštećenih kostiju bez izazivanja negativnih nuspojava drugih tretmana mogao bi dovesti do boljih rezultata za pacijente, kažu naučnici.
To bi moglo da podrži razvoj novih tretmana koji bi pomogli ljudima koji žive sa ozbiljnim povredama skeleta ili pacijentima sa rakom koji su izgubili kost zbog bolesti da ponovo izrastu koštano tkivo.
Istraživači u Škotskoj pronašli su novi način da iskoriste moćan isceljujući efekat „faktora rasta“ — molekula koji se javljaju u prirodi i koji pomažu telu da se regeneriše.
Faktori rasta igraju važnu ulogu u razvojnoj biologiji, pomažući da se organizuje razvoj tela kako rastu iz detinjstva u odraslo doba. Oni takođe pomažu telu da se izleči nakon povreda, gde pokreću složen niz procesa koji ponovo spajaju tkiva.
Terapije faktorima rasta, koje koriste ciljanu isporuku specifičnih aktivnih proteina za podsticanje ponovnog rasta tkiva, obećavajuće metode za pomoć pacijentima da se izleče podstičući prirodne procese regeneracije njihovog tela.
Međutim, terapije faktorom rasta mogu imati ozbiljne neželjene efekte kada se koriste za zarastanje kostiju. Aktivne proteine treba davati u visokim dozama na mestu preloma ili defekta kostiju da bi bili efikasni. Nekontrolisano oslobađanje ovih aktivnih faktora rasta na mestu koštanog implantata može izazvati formiranje kosti tamo gde je to nenamerno – proces poznat kao ektopično formiranje kosti. Tretmani mogu izazvati i druge neželjene efekte kao što je postoperativna upala, koja može imati negativne efekte na zdravlje pacijenata.
U svom radu pod naslovom „Inženjerske površine koje promovišu hvatanje latentnih proteina da bi se olakšala mehanička aktivacija faktora rasta posredovana integrinom“ objavljenom u časopisu Napredni materijali, istraživački tim Univerziteta u Glazgovu opisuje kako su napravili svoj proboj.
Koristili su jeftin polimer nazvan poli(etil akrilat) ili PEA, da bi razvili hirurški implantat koji se može koristiti na mestu defekta kosti. Jedinstvena svojstva površine implantata omogućila su timu da uhvati neaktivne faktore rasta tela i osigura da oni počnu da rade samo tamo gde su potrebni.
Prethodno istraživanje tima pokazalo je da PEA reaguje sa fibronektinom, proteinom koji se u izobilju nalazi u ljudskom telu koji pomaže ćelijama da se drže zajedno i rastu, da formiraju mreže proteina na nanosmeru preko njegove površine.
Kako se mreža formira, ona menja oblik fibronektina, izlažući neke od aminokiselina u molekulu fibronektina. Te aminokiseline se prirodno koriste u telu da pomognu ćelijama da se vežu, kao i da skladište neaktivne proteine.
Tim je ispustio fragment rekombinantnog proteina koji se zove latentni transformišući faktor rasta beta-vezujući protein-1, ili rLTBP1, na mrežu fibronektina, uzrokujući da se dva proteina drže zajedno.
rLTBP1 radi kao magnet za protein nazvan TGF-β1, koji podstiče ćelije faktora rasta u telu da proizvode novo koštano tkivo u malim dozama. Molekuli TGF-β1 su zarobljeni u proteinskom kompleksu koji se zove LAP, koji zadržava sposobnost proteina da podstiče regeneraciju kostiju neaktivnom sve dok to nije potrebno.
Obložili su male plastične cevi PEA, fibronektinom i rLTBP1. Zatim su pokazali potencijal ovih implantata da regenerišu kost kod defekta kritične veličine kod miševa. Tokom studije, primetili su potpunu regeneraciju koštanog defekta.
Kada su ćelije koje regenerišu kost stigle na mesto defekta kosti, mesta vezivanja na površini ćelija nazvana integrini su se zakačila za LAP molekule koje je rLTBP1 na površini implantata imobilisao. Mehaničkim povlačenjem LAP-a sa jedne strane integrina, a sa druge pomoću rLTBP1, oslobođen je TGF-β1, koji je pokrenuo procese signalizacije faktora rasta. Ovo je rezultiralo kontrolisanim formiranjem kostiju samo tamo gde je to bilo potrebno.
Dr Udesh Dhavan, istraživač na Fakultetu inženjeringa James Vatt Univerziteta u Glazgovu, je glavni autor rada. Rekao je: „Biološki procesi koji su u osnovi ove studije su shvaćeni više od dve decenije, ali ovo je prvi put da su iskorišćeni da proizvedu ovaj regenerativni efekat.
„Mogućnost isporučivanja imobilizovanih proteina direktno na mesto lečenja na ovaj način pruža mnogo više kontrole nad načinom na koji faktori rasta postaju aktivni i započinju proces zarastanja. Takođe deluje u mnogo nižim koncentracijama od prethodnih tretmana, pomažući dalje da minimiziraju šanse za neželjenu kost. rast izvan mesta kome je potrebno lečenje.“
Nalazi tima se zasnivaju na godinama naprednog istraživanja regeneracije kostiju koje su vodili profesor Manuel-Salmeron-Sančez sa Univerziteta u Glazgovu i profesor Metju Dalbi. Njihov rad uključuje značajan tretman koji je spasao nogu teško povređenog psa od amputacije 2017.
U tom tretmanu, tim je iskoristio potencijal faktora rasta proteina zvanog BMP-2 vezan za površinu PEA da bi ponovo izrasla kost u nozi psa. U novom radu, tim pokazuje kako su koristili BMP-2 u paralelnoj kontrolnoj studiji kako bi pomogli u merenju efikasnosti rLTBP1 u regeneraciji kosti. Otkrili su da rLTBP1 deluje jednako dobro kao BMP-2 u pomaganju regeneracije kostiju, iako je primenjivan u nižim dozama.
Profesor Salmeron-Sančez, ko-direktor Centra za ćelijsko mikrookruženje Univerziteta u Glazgovu, rekao je: „Faktori rasta su veoma moćni alati koji pomažu telu da se izleči, ali trenutno ih treba veoma pažljivo primenjivati kako bi se sprečilo poništavanje negativnih neželjenih efekata. bilo kakve pozitivne terapeutske koristi.
„Naš pristup kontroli aktivacije faktora rasta mogao bi da stvori nove mogućnosti za pacijente u budućnosti. Mogao bi da pomogne u ponovnom rastu kosti za pacijente koji su izgubili velike delove zbog bolesti poput raka ili ozbiljnih nesreća, pružajući im mnogo veći kvalitet života. .“
Dr Dhavan je dodao: „Ovo je novi korak u pravom smeru, ali fiziološki sistemi su međusobno povezaniji nego što možemo da zamislimo i kako ova nova strategija utiče na druge ključne komponente tela, kao što su imune ćelije, tek treba da se proceni.
„Ipak, ovo su veoma ohrabrujući rezultati, koji sugerišu da bi ovaj novi tretman mogao imati stvarne koristi u kliničkim okruženjima za podsticanje regeneracije kostiju.“
