زیست‌مادهٔ جدید موجب رشد مجدد غضروف می‌شود؛ ممکن است نیاز به جراحی تعویض زانو را از بین ببرد
دانشمندان در دانشگاه نورث‌وسترن مادهٔ زیست‌فعال نوآورانه‌ای ایجاد کرده‌اند که قادر به بازسازی غضروف با کیفیت در مفاصل زانو است و این قابلیت در مدل‌های حیوانی بزرگ به نمایش درآمده است.
در آخرین پژوهش خود، تیم این ماده را به غضروف زانوی آسیب‌دیده حیوانات اعمال کردند. به طور جالب توجه، در دوره‌ای شش‌ماهه آنها مشاهده کردند که بهبودهای قابل توجهی رخ داده است.
این شامل توسعهٔ غضروف جدید غنی از بیوپلیمرهای طبیعی مانند کلاژن نوع II و پروتئوگلیکان‌ها بود که برای تامین استحکام مکانیکی بدون درد در مفاصل حیاتی هستند.
ساموئل آی. استاپ، نویسنده اصلی این مطالعه، بیان کرد: "درمان جدید ما می‌تواند بازسازی در بافتی که به طور طبیعی ترمیم نمی‌شود را القا کند. ما فکر می‌کنیم درمان ما می‌تواند به یک نیاز بالینی جدی بی‌پاسخ پاسخ دهد."
رشد مجدد غضروف
اگرچه ظاهر این ماده شبیه یک ماده لاستیکی است، ولی در حقیقت شبکه‌ای پیچیده از اجزای مولکولی است که به صورت جمعی محیط طبیعی غضروف در بدن را شبیه‌سازی می‌کند.
استاپ بیان کرد: "غضروف یک جزء اساسی در مفاصل ما است. زمانی که غضروف آسیب ببیند یا با گذر زمان تخریب شود، می‌تواند تاثیر زیادی بر سلامت کلی و حرکتی افراد داشته باشد. مشکل این است که در انسان‌های بالغ، غضروف قدرت طبیعی برای ترمیم ندارد."
این پژوهش بر اساس تحقیقات قبلی از آزمایشگاه استاپ بنا شده که شامل استفاده از "مولکول‌های رقصان" برای تحریک سلول‌های غضروف انسان جهت افزایش تولید پروتئین‌های ماتریکس بافتی بود.
در مقابل، مطالعهٔ جدید بر روی یک زیست‌ماده ترکیبی تمرکز دارد که نیز در آزمایشگاه استاپ توسعه یافته است. این زیست‌ماده جدید شامل دو عنصر کلیدی است: پپتید زیست‌فعال که به فاکتور رشد بتا-1 (TGFb-1) که یک پروتئین حساس برای رشد و نگهداری غضروف است متصل می‌شود و اسید هیالورونیک اصلاح شده، یک پلی‌ساکارید طبیعی که در غضروف و نیز مایع سینوویال روان‌کننده مفاصل یافت می‌شود.
ترکیب پپتیدها و اسید هیالورونیک
تیم استاپ پپتید زیست‌فعال را با ذرات اسید هیالورونیک اصلاح شده شیمیایی ترکیب کرد تا دسته‌های الیاف نانومقیاس ایجاد کنند که ساختار غضروف را تقلید می‌کنند. این داربست به منظور جلب سلول‌های بدن برای بازسازی بافت طراحی شده است. سیگنال‌های زیست‌فعال این ماده سلول‌ها را تشویق می‌کند تا غضروف را با پر کردن داربست تعمیر کنند.
استاپ گفت: "بسیاری از مردم با اسید هیالورونیک آشنا هستند زیرا یک عنصر محبوب در محصولات مراقبت از پوست است. همچنین به طور طبیعی در بسیاری از بافت‌های بدن یافت می‌شود، از جمله مفاصل و مغز. ما آن را انتخاب کردیم چون به پلیمرهای طبیعی یافت شده در غضروف شباهت دارد."
برای آزمودن اثربخشی آن، محققین ماده را به نقص‌های غضروفی در مفاصل ساق گوسفند که از نظر ساختار و بار مکانیکی مشابه زانوهای انسان هستند اعمال کردند. این آزمون در آزمایشگاه مارک مارکل در مدرسهٔ دامپزشکی دانشگاه ویسکانسین-مدیسون انجام شد.
با تزریق مادهٔ غلیظ و خمیرمانند به نقص‌ها، یک ماتریکس لاستیکی تشکیل شد که رشد غضروف جدید و با کیفیت بالا را تشویق می‌کند همانطور که داربست به تدریج تخریب شد. رشد جدید به طور مداوم کیفیت بیشتری نسبت به کنترل نشان داد.
خداحافظ به تعویض کامل زانو؟
استاپ تجسم می‌کند که این مادهٔ جدید در آینده در جراحی‌های باز زانو یا آرتروسکوپی استفاده شود. در حال حاضر، روش استاندارد جراحی میکروفرکچر است که شامل ایجاد شکستگی‌های کوچک در استخوان برای تحریک رشد غضروف جدید است.
با توسعهٔ بیشتر، محققین باور دارند که این مادهٔ جدید می‌تواند به طور بالقوه نیاز به تعویض کامل زانو را از بین ببرد، بیماری‌های دژنراتیو مانند آرتروز را درمان کند، و آسیب‌های مرتبط با ورزش مانند پارگی رباط صلیبی قدامی را ترمیم کند.
استاپ تاکید کرد: "مشکل اصلی روش میکروفرکچر این است که اغلب منجر به تشکیل فیبروغضروف می‌شود - همان غضروفی که در گوش‌های ما یافت می‌شود - برخلاف غضروف هیالینی انجام می‌شود که ما نیاز داریم تا مفاصل عملکردی داشته باشیم."
"با بازسازی غضروف هیالینی، رویکرد ما باید مقاوم‌تر به سایش و پارگی باشد و مشکل تحرک ضعیف و درد مفاصل را برای مدت طولانی برطرف کند در حالی که نیاز به بازسازی مفاصل با قطعات سخت‌افزاری بزرگ را نیز از بین ببرد."
این مطالعه در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
