DNK može pomoći da se stimuliše zarastanje kostiju na lokalizovan i ciljani način, na primer nakon komplikovanog preloma ili nakon teškog gubitka tkiva nakon operacije. Ovo su pokazali istraživači sa Univerziteta Martin Luter Hale-Vitenberg (MLU), Univerziteta u Lajpcigu, Univerziteta u Aveiru (Portugal) i Fraunhofer instituta za mikrostrukturu materijala i sistema IMVS u Haleu. Oni su razvili novi proces u kome oblažu implantate materijale biomaterijalom aktiviranim genima koji indukuje matične ćelije da proizvode koštano tkivo. Njihovi nalazi su objavljeni u časopisu Advanced Healthcare Materials.
Kosti su fascinantan primer sposobnosti tela da se regeneriše. Oni su u stanju da povrate punu funkcionalnost — čak i nakon preloma — zahvaljujući svojoj sposobnosti da formiraju novo, elastično tkivo na mestu preloma. „Međutim, kada su u pitanju komplikovani prelomi ili veliki gubitak tkiva, čak ni moć samoizlečenja kosti je nedovoljna“, objašnjava profesor Tomas Grot, šef istraživačke grupe za biomedicinske materijale na Institutu za farmaciju MLU.
„U takvim slučajevima, implantati su potrebni za stabilizaciju kosti, zamenu delova zglobova ili premošćavanje većih defekata razgradivim materijalima. Uspeh takvih implantata u velikoj meri zavisi od toga koliko su dobro ugrađeni u kost. Poslednjih godina uloženi su sve veći napori da se podrži ovaj proces oblaganjem implantata bioaktivnim materijalima za aktivaciju koštanih ćelija i mezenhimalnih matičnih ćelija.
Mezenhimalne matične ćelije su sposobne da generišu različite tipove tkiva, međutim njihovo aktiviranje da specifično regenerišu kost može biti posebno izazovno. U takvim slučajevima, ekstracelularni matriks igra ključnu ulogu. „Tkivo između koštanih ćelija je između ostalog sastavljeno od kolagena i hondroitin sulfata“, objašnjava Grot.
„Može se veštački replicirati i primeniti na površinu implantata kako bi bili bioaktivni.“ Ovo osigurava da se implantati bolje ugrađuju i da je manje verovatno da će ih telo odbaciti. Lekovi i aktivatori se takođe mogu dodati u veštački ekstracelularni matriks da bi se stimulisao rast kostiju. Jedan takav aktivator je protein BMP-2, koji se već koristi u fuzijama kičme ili za lečenje komplikovanih preloma koji ne zarastaju. Međutim, studije su pokazale da potrebna visoka doza BMP-2 može dovesti do nekontrolisanog formiranja koštanog tkiva u okolnom mišiću, kao i do drugih neželjenih nuspojava.
Istraživači iz Halea, Lajpciga i Aveira stoga predlažu proceduru koja stimuliše matične ćelije na ciljaniji način i izaziva znatno manje neželjenih efekata. Jedna stvar na koju se fokusiraju je poboljšanje dizajna ekstracelularnog matriksa. Oni koriste specijalnu tehnologiju sloj-po-sloj za nanošenje biomaterijala na implantat. Ovo im omogućava da kontrolišu njegov sastav, strukturu i svojstva na nano nivou. „To je sofisticiran proces koji smo usavršili u MLU u saradnji sa Fraunhofer IMVS“, objašnjava Thomas Groth.
Ovaj dizajn na nano nivou je potreban za funkcionalizaciju biomaterijala; ovde se oslanjaju na stručnost kolege dr Kristijana Volka iz Lajpciga. Umesto da ugradi velike količine BMP-2 direktno u biofilm i rizikuje nekontrolisano oslobađanje, on pakuje fragmente DNK u lipidne nanočestice koje deluju kao transportni kontejneri. Tek nakon što je implantat umetnut, DNK migrira u ćelije koštanog tkiva i stimuliše ih da proizvode BMP-2. Ovo, zauzvrat, aktivira matične ćelije koje formiraju kost.
„Imitiranje ekstracelularnog matriksa kao površinskog premaza tankog filma i njegovo funkcionalizovanje nanočesticama je prekretnica u istraživanju farmaceutskih materijala“, objašnjava Tomas Grot. „DNK se može oslobađati na ciljani način i ograničava stimulaciju rasta tkiva u odnosu na vreme i lokaciju, bez izazivanja neželjenih neželjenih efekata.
Prema Grothu, metoda je takođe u osnovi pogodna za transport mRNK i time proširuje mogućnosti regenerativne medicine — ne samo u oblasti formiranja kostiju, već i za druge terapeutske primene.
