ایمپلنتی که استخوان را بازسازی می‌کند

نتایج مطالعه روی یک ایمپلنت جدید نشان می‌دهد که این ایمپلنت زیست‌مهندسی شده موجب بازسازی طبیعی استخوان می‌شود. این پیشرفت می‌تواند از توسعه درمان‌های جدید برای کمک به افرادی که با آسیب‌های اسکلتی جدی زندگی می‌کنند، حمایت کند.

به گزارش ایسنا، یک پژوهش جدید مهندسی زیستی به ترمیم استخوان‌های آسیب دیده بدون ایجاد عوارض جانبی منفی که در سایر درمان‌ها دیده می‌شود، کمک می‌کند.

به گفته دانشمندان انتظار می‌رود این پیشرفت به نتایج بهتری برای بیماران منجر شود.

پژوهشگران می‌گویند، این کشف می‌تواند راه را برای درمان‌های نوآورانه هموار کند و به افراد مبتلا به آسیب‌های شدید اسکلتی یا بیماران سرطانی که از دست دادن استخوان را تجربه کرده‌اند، با ترویج رشد مجدد بافت استخوان کمک کند.

دانشمندان اسکاتلندی در دانشگاه گلاسکو راهی جدید برای مهار اثر شفابخش قدرتمند «عوامل رشد» که مولکول‌های طبیعی هستند که فرآیند‌های بازسازی بدن را تسهیل می‌کنند، یافته‌اند.

ساخت یک ایمپلنت جراحی با پلیمر ارزان قیمت

عوامل یا فاکتور‌های رشد در زیست‌شناسی رشد ضروری هستند و رشد بدن را از نوزادی تا بزرگسالی تنظیم می‌کنند. علاوه بر این، آن‌ها نقش مهمی در روند بهبودی بدن پس از صدمات دارند و فرآیند‌های پیچیده‌ای را آغاز می‌کنند که به طور موثر بافت‌های آسیب دیده را ترمیم و دوباره به هم متصل می‌کند.

پژوهشگران دانشگاه گلاسکو از یک پلیمر ارزان قیمت به نام پلی (اتیل آکریلات) یا PEA برای ساخت این ایمپلنت جراحی استفاده کردند که می‌تواند در محل نقص استخوان تعبیه شود.

ویژگی‌های منحصر به فرد سطح این ایمپلنت به پژوهشگران اجازه داد تا عوامل رشد غیرفعال بدن را شناسایی و اطمینان حاصل کنند که آن‌ها فقط در جایی که لازم است شروع به کار می‌کنند.

دکتر اودش داوان پژوهشگر دانشکده مهندسی جیمز وات در دانشگاه گلاسکو گفت: فرآیند‌های بیولوژیکی که زیربنای این مطالعه هستند، برای بیش از دو دهه است که شناسایی شده‌اند، اما این اولین بار است که برای ایجاد این اثر احیاکننده به کار گرفته می‌شوند.

وی افزود: توانایی رساندن پروتئین‌های بی‌حرکت به طور مستقیم به محل درمان از این طریق، کنترل بسیار بیشتری بر چگونگی فعال شدن عوامل رشد و شروع روند بهبودی فراهم می‌کند. همچنین در غلظت‌های بسیار پایین‌تری نسبت به درمان‌های قبلی عمل می‌کند و به به حداقل رساندن بیشتر احتمال رشد استخوان‌های ناخواسته در خارج از محل نیاز به بهبود کمک می‌کند.

فیبرونکتین به سلول‌ها کمک می‌کند به هم بچسبند و رشد کنند

تحقیقات قبلی توسط این تیم نشان داد که PEA با فیبرونکتین که یک پروتئین فراوان در بدن انسان است که باعث افزایش چسبندگی و رشد سلولی می‌شود، تعامل می‌کند و شبکه‌هایی در مقیاس نانو را روی سطح آن تشکیل می‌دهد.

همین طور که این شبکه شکل می‌گیرد، شکل فیبرونکتین را تغییر می‌دهد و برخی از اسید‌های آمینه موجود در مولکول فیبرونکتین را در معرض دید قرار می‌دهد. این آمینو اسید‌ها به طور طبیعی در بدن برای کمک به اتصال سلول‌ها و همچنین ذخیره پروتئین‌های غیرفعال استفاده می‌شوند.

این تیم یک قطعه پروتئین نوترکیب به نام عامل رشد نهفته پیوند دهنده بتا-۱ یا rLTBP۱ را روی شبکه فیبرونکتین انداخت و باعث چسبیدن این دو پروتئین به هم شد و rLTBP۱ مانند آهنربایی برای پروتئینی به نام TGF-β۱ عمل کرد که سلول‌های عامل رشد را در بدن تشویق می‌کند تا بافت استخوانی جدید را در دوز‌های پایین تولید کنند.

مولکول‌های TGF-β۱ در یک مجموعه پروتئینی به نام LAP به دام می‌افتند که توانایی پروتئین برای تشویق بازسازی استخوان را تا زمانی که نیاز باشد، غیرفعال نگه می‌دارد.

مزایای شگرف این درمان جدید در محیط‌های بالینی

دکتر داوان اظهار داشت که این یک گام جدید در مسیری درست است، اما سیستم‌های فیزیولوژیکی بیش از آنچه می‌توانیم تصور کنیم به هم مرتبط هستند و اینکه چگونه این استراتژی جدید بر سایر اجزای حیاتی بدن مانند سلول‌های ایمنی تأثیر می‌گذارد، هنوز نیاز به ارزیابی دارد.

با این حال، این نتایج بسیار دلگرم کننده هستند که نشان می‌دهند این درمان جدید می‌تواند مزایای شگرف در تنظیمات بالینی برای تشویق بازسازی استخوان داشته باشد.

محققان لوله‌های پلاستیکی کوچک را با PEA، فیبرونکتین و rLTBP۱ پوشش دادند. سپس پتانسیل این ایمپلنت‌ها را برای بازسازی استخوان در نقص بحرانی در موش‌ها نشان دادند و در طول مطالعه، موش‌ها با بازسازی کامل نقص استخوان مواجه شدند.

کمک به رشد مجدد استخوان بیماران

پروفسور سالمرون سانچز یکی از مدیران مرکز ریزمحیط سلولی دانشگاه گلاسکو اظهار داشت که رویکرد آن‌ها برای کنترل فعال شدن عوامل رشد می‌تواند فرصت‌های جدیدی را برای بیماران در آینده ایجاد کند.

وی گفت: این می‌تواند به رشد مجدد استخوان برای بیمارانی که بخش‌های بزرگی از بافت استخوان خود را به دلیل بیماری‌هایی مانند سرطان یا در اثر حوادث جدی از دست داده‌اند، کمک کند و کیفیت زندگی بسیار بالاتری را برای آن‌ها فراهم کند.

این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.