Atklājumi.lv

Izstrādāts bioaktīvs nanomateriāls locītavu skrimšļu atjaunošanai

Locītavu gludie skrimšļaudi nodrošina vieglu un brīvu skeleta kaulu kustību, vienlaikus amortizējot triecienus. Kamēr locītava vesela, viss kārtībā, taču skrimšļi, kas anatomisko īpatnību dēļ (tiem netiek pievadītas ne asinis, ne limfa, tajos nav nervu) pieaugušiem cilvēkiem gandrīz neatjaunojas, gadu gaitā nodilst un izraisa saslimšanu ar osteoartrītu. Pakļaujot skrimšļus ārkārtas slodzei, kādu cilvēka organisms saņem, piemēram, profesionāli nodarbojoties ar smagatlētiku vai strādājot vidē ar paaugstinātu vibrāciju līmeni to nolietošanās notiek daudz ātrāk. Šobrīd nav veidu, kā izārstēt osteoartītu - to var tikai aizkavēt vai mazināt simptomu izpausmes. Tāpēc interesi piesaista Ziemeļrietumu universitātes (ASV) pētnieku publikācija par bioloģiski aktīva nanomateriāla izstrādi, kas in vivo ierosina jaunu skrimšļaudu veidošanos.

Kopējais osteoartrīta radītais ekonomisko zaudējumu apjoms ir visai ievērojams, tikai ASV vien tas tiek lēsts 65 miljardu dolāru apmērā gadā. Tāpēc daudzi pasaules zinātniskie centri meklē risinājumus skrimšļa reģenerācijai - vairumā gadījumu cenšoties atrast visefektīvāko augšanas faktoru, ko varētu izmantot cilmes šūnu pārvēršanai par hondrocītiem (skrimšļa šūnām), kurus uzklātu bojātās locītavas virsmai. Cits terapijas veids ir artroskopiskā operācija, kuras laikā bojātās locītavas virsmā izveido mikrocaurumus (mikrofraktūras), pa kuriem līdz skrimslim nonāk mezenhimālās cilmes šūnas un asinis ar tajās esošajām barības vielām. Organisms mikrocaurumus uztver kā ievainojumus un sintezē jaunu skrimšļa slāni. Diemžēl jaunais slānis veidojas no I tipa kolagēna, kas ir mazākizturīgs nekā dabiskā skrimšļa sastāvā esošais II tipa kolagēns un šī procedūra nedod ilgtermiņa (novērotā efektivitāte parasti nav ilgāka par 2 gadiem) uzlabojumus, kā arī bieži nav iedarbīga par 40 gadiem vecākiem pacientiem, cilvēkiem ar lieko svaru un liela apjoma skrimšļa bojājumu gadījumos.

Tomēr, neskatoties uz to, ka iepriekšējās desmitgadēs atlasīti un eksperimentos ar dzīvniekiem veiksmīgi pārbaudīti vairāki hondrocītu reģenerācijai piemēroti proteīni, neviena no izstrādēm, domājams, metožu sarežģītības un izejmateriālu pārāk lielo izmaksu dēļ, nav nonākusi līdz klīniskiem pētījumiem ar cilvēkiem. Arī jaunā Ziemeļrietumu universitātes tehnoloģija savu efektivitāti pagaidām pierādījusi tikai eksperimentos ar trušiem, tomēr vairākos būtiskos aspektos tā atšķiras no citiem skrimšļaudu atjaunošanas līdzekļiem.

Pats galvenais - audu atjaunošanai tiek izmantotas salīdzinoši lētas, organiskas, pašsakārtojošās ampifīlu peptīdu (AP) nanošķiedras, kas darbojas (ar īpaši modelētu piesaistes vietu - domēnu - palīdzību) kā dabisko, šūnās sastopamo augšanas faktoru β-1 (TGFβ-1) piesaistoša matrica. Ievadot mikrofrakturētā locītavā šķīdumu, kas pārveidojas par TGFβ-1 piesaistošu kohezīvu nanošķiedru gelu, tiek izveidota labvēlīga vide kaulu smadzenēs esošo mezenhimālo cilmes šūnu diferenciācijai par hondrocītiem, turklāt veidojot tieši II tipa kolagēna šķiedras - galveno skrimšļa sastāvdaļu. Kas ir īpaši svarīgi - zinātnieki eksperimentāli noskaidroja, ka vislabākie rezultāti panākami, pielietojot tikai AP nanošķiedru gelu, bez dārgā augšanas faktora papildu piedevas. Trušiem, kuru locītavu skrimšļa bojājumus ārstēja tikai ar mikrofrakturāciju vai ar mikrofrakturāciju un augšanas faktoru šķīdumu reģenerācijas līmenis bija ievērojami zemāks nekā tiem dzīvniekiem, kuri pēc mikrofrakturācijas saņēma nanošķiedru gelu ar un bez TGFβ-1.

Gela matrica locītavā saglabājas aptuveni mēnesi un, kā norāda pētījuma autori, tas ir pietiekams laiks šūnu reģenerācijai. Pēc tam AP nanošķiedras sabrūk, sadaloties aminoskābēs un lipīdos, ko organisms uzsūc un izvada dabīgā veidā.

Šobrīd Ziemeļrietumu universitātes zinātnieki veic AP gela pirmsklīnisko izpēti un, atkarībā no tās rezultātiem, nākošais solis varētu būt klīniskie pētījumi.

Avots:

Shah et al. Supramolecular design of self-assembling nanofibers for cartilage regeneration // PNAS, February 1.

Augšējais attēls: Cilvēka mezenhimālās cilmes šūnas uz AP gela virsmas. Elektronu mikroskopa uzņēmums. Avots: aplūkojamā raksta papildus materiāli.

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.