دانشمندان دانشگاه نورث وسترن یک ماده زیستی فعال ابتکاری ایجاد کرده‌اند که قادر به بازسازی غضروف با کیفیت بالا در مفاصل زانو است و این در مدلی از حیوانات بزرگ اثبات شده است.

این تیم طی آخرین تحقیقات خود، این ماده را روی غضروف زانوی آسیب دیده حیوانات اعمال کرد. قابل توجه است که در یک دوره ۶ ماهه، آن‌ها پیشرفت‌های قابل توجهی در بازسازی غضروف‌های زانو مشاهده کردند.

این شامل ایجاد غضروف جدید غنی از بیوپلیمرهای طبیعی مانند «کلاژن ۲» و «پروتئوگلیکان‌ها» بود که برای ایجاد استحکام مکانیکی بدون درد در مفاصل بسیار مهم هستند.

ساموئل استوپ سرپرست این پژوهش از دانشگاه نورث وسترن می‌گوید: درمان جدید ما می‌تواند موجب ترمیم بافتی شود که به طور طبیعی بازسازی نمی‌شود. ما فکر می‌کنیم درمان ما می‌تواند به رفع یک نیاز بالینی جدی و برآورده نشده کمک کند.

رشد مجدد غضروف‌ها

این ماده اگرچه ظاهر یک ماده لاستیکی را دارد، اما در واقع یک شبکه پیچیده از اجزای مولکولی است که با هم محیط طبیعی غضروف را در بدن شبیه‌سازی می‌کنند.

استوپ می‌گوید: غضروف یک جزء حیاتی در مفاصل ماست. هنگامی که غضروف در طول زمان آسیب می‌بیند یا از بین می‌رود، می‌تواند تأثیر زیادی بر سلامت و تحرک کلی افراد داشته باشد. مشکل این است که در انسان بالغ، غضروف توانایی ذاتی برای بهبودی ندارد.

این تحقیق بر اساس کار قبلی آزمایشگاه استوپ بنا شده است که شامل استفاده از «مولکول‌های رقصنده» برای تحریک سلول‌های غضروف انسان به منظور افزایش تولید پروتئین‌های ماتریس بافتی می‌شود.

در مقابل، مطالعه حاضر بر روی یک ماده زیستی ترکیبی تمرکز دارد که در آزمایشگاه استوپ توسعه یافته است. این زیست‌ماده جدید از ۲ عنصر کلیدی تشکیل شده است؛ یک پپتید فعال زیستی که به فاکتور رشد تبدیل کننده بتا-۱(TGFb-۱)، پروتئینی حیاتی برای رشد و حفظ غضروف و هیالورونیک اسید اصلاح شده، یک پلی ساکارید طبیعی که هم در غضروف و هم در مایع روان کننده مفاصل یافت می‌شود، متصل می‌شود.

ترکیب پپتیدها و اسید هیالورونیک

تیم استوپ یک پپتید فعال زیستی را با ذرات هیالورونیک اسید اصلاح شده شیمیایی ترکیب کرد تا بسته‌های الیافی در مقیاس نانو ایجاد کند که ساختار غضروف را تقلید می‌کند. این داربست برای جذب سلول‌های بدن برای بازسازی بافت طراحی شده است.

سیگنال‌های زیست‌فعال این ماده، سلول‌ها را تشویق می‌کند تا غضروف را با پر کردن داربست ترمیم کنند.

استوپ می‌گوید: 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 انسان از جمله مفاصل و مغز یافت می‌شود. ما آن را به این دلیل انتخاب کردیم که شبیه به پلیمرهای طبیعی موجود در غضروف است.

محققان برای آزمایش اثربخشی این ماده، آن را روی نقص‌های غضروفی در مفاصل آسیب دیده گوسفندان که از نظر ساختار و بار مکانیکی شبیه به زانوهای انسان است، استفاده کردند. این آزمایش در آزمایشگاه مارک مارکل در دانشکده دامپزشکی دانشگاه ویسکانسین-مدیسون انجام شد.

با تزریق این مواد ضخیم و خمیرمانند به مفصل گوسفندان، این ماده یک ماتریس لاستیکی را تشکیل داد که موجب رشد غضروف جدید و با کیفیت بالا با تخریب تدریجی داربست شد. همچنین رشد جدید به طور مداوم کیفیت بهتری را نسبت به شاهد نشان داد.

استوپ تصور می‌کند که این ماده جدید در جراحی‌های مفصل باز یا آرتروسکوپی در آینده مورد استفاده قرار گیرد. در حال حاضر، روش استاندارد جراحی، «ریزشکستگی» است که شامل ایجاد شکستگی‌های کوچک در استخوان برای تحریک رشد غضروف جدید است.

رشد مجدد غضروف زانو با یک ماده جدید

محققان بر این باورند که این ماده جدید با توسعه بیشتر به طور بالقوه می‌تواند از نیاز به تعویض کامل زانو جلوگیری کند، بیماری‌های تخریبی مانند استئوآرتریت را درمان کند و آسیب‌های مرتبط با ورزش مانند پارگی رباط ACL را ترمیم کند.

استوپ می‌گوید: مسئله اصلی رویکرد ریزشکستگی این است که اغلب منجر به تشکیل فیبرو غضروف یا همان غضروف‌های موجود در گوش‌های ما می‌شود و این در حالی است که ما به غضروف‌های هیالین محتاجیم که برای داشتن مفاصل کاربردی به آن نیاز داریم.

وی افزود: با بازسازی غضروف هیالین، رویکرد ما باید در برابر سایش و پارگی مقاوم‌تر باشد، مشکل تحرک ضعیف و درد مفاصل را برای طولانی‌مدت برطرف کند و همچنین از نیاز به بازسازی مفصل با قطعات بزرگ سخت‌افزاری اجتناب کند.

این مطالعه در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.