Choć stawy pozwalają na swobodne ruchy dzięki obecności gładkiej, elastycznej chrząstki, to ta właśnie tkanka należy do najbardziej narażonych na uszkodzenia i jednocześnie najsłabiej regenerujących się elementów ludzkiego ciała. Chrząstka nie jest ani unerwiona, ani unaczyniona – a to oznacza, że nie tylko długo nie boli, ale też nie ma warunków do samodzielnego gojenia. Ubytki chrzęstno-kostne pojawiają się m.in. w wyniku przeciążenia stawów, urazów, czy zwyczajnych procesów starzenia.
Czytaj też: Zegar tyka na SOR-ze. Rząd chce ograniczyć czas przyjęcia pacjenta z karetki do 15 minut
Prof. dr hab. inż. Elżbieta Pamuła z Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH mówi:
Zachowawcze leczenie ubytków osteochondralnych jest zwykle nieskuteczne z uwagi na to, że chrząstki stawowe nie są ani unaczynione, ani unerwione. Po pierwsze, ze względu na brak naczyń krwionośnych do tkanki nie są dostarczane składniki odżywcze, które umożliwiają organizmowi samodzielną odbudowę ubytku. Po drugie, z uwagi na brak połączeń nerwowych symptomy bólowe pojawiają się u pacjentów dopiero wtedy, gdy tkanki chrzęstnej praktycznie już nie ma i uszkodzenie dochodzi do kości.
Bioimplant, który nie zastępuje – lecz aktywuje
Zespół pod kierunkiem prof. Pamuły pracuje nad bioimplantami, które nie tylko mechanicznie wypełniają ubytki, ale inicjują samodzielną odbudowę zniszczonej tkanki. Projekt realizowany w ramach programu Horyzont-Europa zakłada stworzenie dwufazowego materiału, który odwzoruje zarówno strukturę kości, jak i chrząstki.
Czytaj też: Pierwsze operacje kolan z wykorzystaniem nawigacji 3D Cori w Lublinie
Prof. Elżbieta Pamuła dodaje:
Te materiały powinny mieć strukturę biomimetyczną, czyli pod względem właściwości mechanicznych i struktury na różnych poziomach odzwierciedlać naturę tkanki (np. liczbę porów i ich ułożenia względem siebie).
Pierwsza faza – ceramiczna, inspirowana istotą gąbczastą kości – ma za zadanie przyciągać komórki macierzyste (multipotencjalne), które przekształcają się w osteoblasty, czyli komórki kościotwórcze. Druga – hydrożelowa – będzie imitować chrząstkę i zostanie zasiedlona komórkami pacjenta lub materiałem z banków tkanek. Zespół rozważa także strategię pozakomórkową: implant, który sam w sobie nie zawiera komórek, ale tworzy środowisko sprzyjające ich migracji i różnicowaniu się – w osteoblasty w części kostnej i chondrocyty w części chrzęstnej.
Zaletą proponowanego rozwiązania ma być pełne dopasowanie do konkretnego pacjenta. Dzięki obrazowaniu medycznemu, wspomaganemu sztuczną inteligencją i modelowaniem matematycznym, bioimplant może być projektowany indywidualnie – z uwzględnieniem mikro-, makro- i nanostruktury ubytku oraz właściwości biomechanicznych otaczających tkanek. Wytwarzanie implantów możliwe będzie z wykorzystaniem technik druku 3D. To nie tylko skraca czas produkcji, ale także znacząco obniża koszty.
Prof. Elżbieta Pamuła kontynuuje:
Jest dużo grup, które pracują obecnie nad tzw. biodrukiem – wykonują go w sterylnych warunkach za pomocą specjalistycznych drukarek, używając do tego procesu hydrożelu z zawieszonymi w nim komórkami. Wykorzystując tę technikę, można tworzyć implanty dokładnie dopasowane do powstałych u pacjentów ubytków. Jednak na drodze do tego, żeby komórki przeżywały, namnażały się i odbudowywały tkankę istnieje wciąż wiele wyzwań do pokonania.
Zamiast testów in vivo, które wymagają przeprowadzania kosztownych i kontrowersyjnych badań na zwierzętach, naukowcy z AGH rozwijają zaawansowane metody in vitro. Wykorzystują tzw. organy na chipach oraz trójwymiarowe modele fizjologiczne, umożliwiające obserwację zachowań komórek w środowisku maksymalnie zbliżonym do warunków naturalnych.
Prof. Elżbieta Pamuła mówi:
Będziemy pracować na modelach organoidowych, czyli modułach tkankowych umożliwiających jednoczesne badanie naszych materiałów i komórek w skali mikroskopowej. Możemy uzyskać dzięki temu wiele informacji biologicznych, których nie są w stanie dostarczyć nam hodowle komórkowe prowadzone na płaskich podłożach.
Obecnie stosowane metody chirurgiczne – mikrozłamania, mozaikoplastyka czy przeszczepy chondrocytów – są kosztowne, bolesne i wymagają długiego okresu rekonwalescencji. Bioimplanty mogłyby całkowicie zmienić sposób leczenia.
Prof. Elżbieta Pamuła podsumowuje:
Jestem zdania, że w przypadku ubytków tkanki chrzęstno-kostnej należy korzystać z mało inwazyjnych metod leczenia, umożliwiających pacjentowi udanie się do domu krótko po zabiegu i satysfakcjonujące funkcjonowanie. Wstrzykiwanie implantów byłoby dobrym sposobem na to, żeby jego pobyt w placówce medycznej był jak najmniej obciążający dla systemu ochrony zdrowia i niego samego.
Badania prowadzone na AGH mogą stać się kamieniem milowym w dziedzinie medycyny regeneracyjnej. Jeśli implanty wejdą do praktyki klinicznej, możliwe będzie nie tylko skuteczniejsze leczenie chorób zwyrodnieniowych, ale też ogromna oszczędność dla systemów opieki zdrowotnej.
