Regeneracja uszkodzonych kolan

Carson Palmer, początkowy rozgrywający Cincinnati Bengals, był pretendentem do MVP NFL w 2005 roku, dopóki nie doznał rozerwania więzadła krzyżowego przedniego (ACL), głównej struktury podtrzymującej kolano, która często ulega kontuzjom w sporcie. Rekonstrukcja chirurgiczna jest zwykle wymagana do naprawy więzadła, ale obecne metody nadal wymagają znacznego czasu rekonwalescencji, podczas którego pacjent może doznać utraty siły i funkcji. Teraz naukowcy z University of Virginia opracowali bioinżynierię nowego zamiennika ACL przy użyciu 3-D procesu splatania włókien polimerowych. Jest to pierwszy syntetyczny projekt rusztowania wykazujący wyjątkową regenerację i gojenie tkanek, który może doprowadzić do powstania obiecującej technologii wymiany więzadeł.

Naszym celem była regeneracja ACL przy użyciu klasycznych zasad projektowania z inżynierii i materiału, który ma właściwości mechaniczne naśladujące naturalną ACL, mówi Cato Laurencin , lider zespołu i przewodniczący Kliniki Chirurgii Ortopedycznej Uniwersytetu Wirginii. Jego zespół odkrył, że może wykorzystać nowo opracowany system polimerów syntetycznych z komórkami ACL do rekonstrukcji więzadła i wytworzenia tkanki neowięzadłowej. Każde rozwiązanie, które można opracować, aby przyspieszyć gojenie i długotrwałe funkcjonowanie, jest niezwykle ważne dla pacjentów, mówi Laurencin.

Obecne leczenie chirurgiczne wymaga od chirurga ortopedy usunięcia zerwanego ACL i zastąpienia go nowym więzadłem wykonanym albo z tkanki autoprzeszczepu, która jest pobierana z własnej zdrowej tkanki pacjenta (zwykle z paska ścięgna pod rzepką lub ścięgnem podkolanowym) lub z tkanka przeszczepu allogenicznego, pobrana ze zwłok. W tym celu wierci się otwory w miejscach na kości piszczelowej i udowej, w których przyczepia się ACL, a nowe więzadło jest przepuszczane przez otwory i utrzymywane w miejscu za pomocą śrub. Niezależnie od tego, czy stosuje się autoprzeszczep, czy przeszczep allogeniczny, leczenie wymaga długiego czasu gojenia, od sześciu miesięcy do jednego roku, w zależności od stopnia nasilenia łez, podczas których pacjent może być zmuszony do noszenia aparatu ortodontycznego lub używania kul i poddania się fizjoterapii. Palmer spędził ostatnie dwa z prawie sześciu miesięcy odwyku, wykonując od czterech do sześciu godzin dziennie na siłę i elastyczność z trenerem wydajności. Spowodowało to, że na początku obozu treningowego w piłce nożnej odzyskał około 80 procent.

Kilka grup badało rusztowania podobne do więzadeł przy użyciu włókien kolagenowych, jedwabiu i kompozytów, ale z ograniczonym powodzeniem. Po prostu nie przeprowadzono zbyt wielu udanych prac nad więzadłami inżynierii tkankowej, mówi Robert Langer , profesor inżynierii chemicznej i biologicznej na MIT. To [praca zespołu Laurencina] jest bardzo znaczącym odkryciem. Nie widziałem, żeby ktokolwiek robił to, co robi z więzadłami.

Zamiennik ACL opracowany przez zespół Laurencin wykorzystuje klinicznie sprawdzony, zatwierdzony przez FDA biokompatybilny polimer, poliL-laktyd (PLLA), który jest często stosowany w systemach dostarczania leków, urządzeniach biomedycznych, płytkach kostnych i szwach. Zespół Laurencina używa polimeru do stabilizacji kolana, podczas gdy rusztowanie wspomaga regenerację nowej tkanki więzadłowej. Polimer jest materiałem wchłanialnym: jego właściwości mechaniczne i masa zmniejszają się z czasem iw sposób umożliwiający korzystną odpowiedź biologiczną.

Konstrukcja syntetycznego rusztowania umożliwia stopniowe rozpuszczanie materiału syntetycznego i sprzyja optymalnemu wzrostowi komórek więzadłowych w celu utworzenia neowięzadła, wyjaśnia Laurencin. Wykorzystując proces, który określa jako oplatanie włókien polimerowych 3D, zespół naukowców wytworzył rusztowanie 3D, oplatając włókna polimeru PLLA. Metoda ta umożliwia komórkom sprawne manewrowanie wokół materiału syntetycznego oraz wytwarzanie włókien kolagenowych i świeżych naczyń krwionośnych znacznie szybciej niż obecnie. Oplot więzadła daje również wytrzymałość konstrukcji.

Aby ocenić nowo bioinżynieryjne więzadła, zespół Laurencina przeprowadził badanie opublikowane w numerze 27 lutego Materiały Narodowej Akademii Nauk , używając tematów królików. W badaniu przetestowano dwa rodzaje rusztowania: jedno wysiane komórkami z ACL królików i drugie składające się wyłącznie z materiału syntetycznego. Zespół chirurgicznie zastąpił rozdarty ACL każdego królika jednym z dwóch rodzajów rusztowań, stosując tę ​​samą procedurę chirurgiczną, która byłaby stosowana u ludzi. Każde rusztowanie zostało zaprojektowane tak, aby było nieco mniejsze niż oryginalne ACL królika, aby umożliwić regenerację tkanki: wzrost tkanki wewnątrzstawowej lub stawowej, część i wzrost komórek w części rusztowania przymocowanej do kości.

Badanie przeprowadzono na 32 królikach zbadanych w 4. i 12. tygodniu – początku i końcu kluczowego okresu gojenia. Wyniki dla rozsianego rusztowania zostały uznane za niezwykłe przez Laurencin, który mówi, że w ciągu 48 godzin po operacji króliki chodziły normalnie. Badanie wykazało naciek kolagenu i komórek w implancie po 4 tygodniach, a po 12 tygodniach komórki na krawędzi rusztowania wytworzyły włókna kolagenowe do tworzenia nowego więzadła. Oprócz szybszego, krótkotrwałego czasu rekonwalescencji, neowięzadło wykazywało wystarczającą wytrzymałość mechaniczną.

Jest to pierwsza zmodyfikowana tkankowo macierz dla ACL, która wykazuje tak znaczne tworzenie się nowych więzadeł, zarówno pod względem unaczynienia, jak i tworzenia kolagenu, mówi Laurencin. Daje to nadzieję na możliwość regeneracji ACL u ludzi i, miejmy nadzieję, utoruje drogę nowym paradygmatom leczenia pacjentów.

Chociaż wstępne odkrycia Laurencina są obiecujące, kilka królików z grupy zaszczepionej i prawie wszystkie króliki z grupy niewysianej doznało zerwanych więzadeł, prawdopodobnie dlatego, że króliki, w przeciwieństwie do ludzi, nie przestrzegają planu fizjoterapii, ani czy są przyzwyczajeni do ochrony swoich więzadeł. Laurencin planuje kontynuować monitorowanie królików i przeprowadzi dalsze badania na większych zwierzętach, a ostatecznie na ludziach.

Dla sportowców takich jak Palmer system może być różnicą między świetną karierą a przeciętną karierą.

ukryć