Μια καινοτόμος προσέγγιση στην αναγέννηση των οστών
Για τις περισσότερες σπασμένες οστές, οι οστικές κυτταρικές δομές επανακάμπτουν από μόνες τους, ενώ οι ασθενείς φορούν γύψο ή νάρθηκα για να διατηρήσουν την σταθερότητα της τραυματισμένης περιοχής. Ωστόσο, σε περιπτώσεις πολύπλοκων ή σοβαρών καταγμάτων, οι χειρουργοί μπορεί να παρέμβουν τοποθετώντας μοσχεύματα ή σκαλωσιές κατασκευασμένες από βιοσυμβατά υλικά, ή χρησιμοποιώντας μεταλλικές συσκευές στερέωσης για να διασφαλίσουν την σωστή επούλωση και ευθυγράμμιση των οστών. Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Penn State, σε συνεργασία με ορθοπεδικούς χειρουργούς, ανέπτυξε το CitraBoneQMg, μια βιοδιασπώμενη σκαλωσιά που υποστηρίζει την αναγέννηση των οστών, συνδυάζοντας μαγνήσιο και γλουταμίνη με κιτρικό οξύ. Η έρευνά τους δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances, για την οποία έχουν υποβάλει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στις Η.Π.Α.
Η συνεργασία των μορίων για την προώθηση της οστικής ανάπτυξης
«Συνδυάζοντας το μαγνήσιο και τη γλουταμίνη – δύο μικρά μόρια που βρίσκονται φυσικά στο σώμα και σε τρόφιμα – με το κιτρικό οξύ, διαπιστώσαμε ότι τα μόρια συνεργάζονται για να προάγουν την ανάπτυξη των οστών, ενθαρρύνοντας την αύξηση του ενδοκυτταρικού μεταβολισμού ενέργειας», δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Hui Xu, διδακτορικός φοιτητής στη βιοϊατρική μηχανική, ο οποίος καθοδηγείται από τον συν-συγγραφέα Su Yan, βοηθό καθηγητή βιοϊατρικής μηχανικής.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η προσθήκη μαγνησίου και γλουταμίνης σε μια παραδοσιακή σκαλωσιά βασισμένη μόνο σε κιτρικό οξύ, η οποία έχει εγκριθεί από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των Η.Π.Α. και είναι διαθέσιμη στην αγορά, αύξησε την ενδοκυτταρική ενέργεια και βοήθησε στη ρύθμιση δύο ενεργειακών μονοπατιών που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη των οστών, AMPK και mTORC1. Αυτά τα μονοπάτια λειτουργούν ως συστήματα ελέγχου μέσα στο κύτταρο, ισορροπώντας τη χρήση καυσίμου έτσι ώστε τα κύτταρα να έχουν την ενέργεια να δημιουργήσουν νέο οστό.
Αποτελέσματα και προοπτικές της έρευνας
«Τα μόρια ρυθμίζουν ταυτόχρονα τα δύο ενεργειακά μονοπάτια, κάτι που είναι διαφορετικό από το συνηθισμένο – συνήθως λειτουργούν ως ζυγός, όπου το ένα επιταχύνει ενώ το άλλο επιβραδύνει», είπε ο Xu. «Η σκαλωσιά ουσιαστικά ενισχύει ένα οστικό κύτταρο: και οι δύο θρεπτικές ουσίες δρουν σε συνεργασία με το κιτρικό οξύ για να δώσουν στα βλαστοκύτταρα περισσότερη ενέργεια για να αναπτυχθούν και να διαφοροποιηθούν σε οστικά κύτταρα, οδηγώντας σε καλύτερη αναγέννηση των οστών.»
Για να δοκιμάσουν το CitraBoneQMg, οι ερευνητές εμφύτευσαν τη σκαλωσιά τους σε μια κρανιακή ελάττωμα του κρανίου αρουραίων και σύγκριναν την αναγέννηση των οστών με αρουραίους που είχαν σκαλωσιά βασισμένη μόνο σε κιτρικό οξύ και με εκείνους που είχαν παραδοσιακό μόσχευμα οστού. Διαπίστωσαν ότι μετά από 12 εβδομάδες, το CitraBoneQMg είχε αυξήσει την αναγέννηση των οστών γύρω από την κρανιακή βλάβη κατά 56% σε σύγκριση με τα ζώα που είχαν σκαλωσιά μόνο από κιτρικό οξύ και κατά 185% σε σύγκριση με τα ζώα που είχαν παραδοσιακό μόσχευμα οστού.
«Τα τρία μόρια λειτουργούν ως μια θεραπευτική συνταγή για το οστό, ανοίγοντας το δρόμο για μια νέα προσέγγιση στην επισκευή των οστών», δήλωσε η Yan. «Μαζί με την ταχεία ανάπτυξη των οστών, παρατηρήσαμε επίσης αναγέννηση νεύρων και αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες στην περιοχή της σκαλωσιάς, δύο στοιχεία που είναι σημαντικά για τη μακροχρόνια επούλωση του οστού.»
Η απελευθέρωση των μορίων απευθείας στον τόπο του τραυματισμού μέσω της σκαλωσιάς βοηθά στη μεταφορά υψηλής συγκέντρωσης θρεπτικών ουσιών ακριβώς εκεί που είναι πιο απαραίτητες, εξήγησαν οι ερευνητές, αντί να βασίζονται στην από του στόματος λήψη, όπου μόνο ένα μικρό ποσοστό φτάνει στον τόπο του τραυματισμού. Επιπλέον, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η πολυμερής σκαλωσιά διαθέτει εγγενείς φωτολουμινιστικές και φωτοακουστικές ιδιότητες, που επιτρέπουν την εύκολη απεικόνιση της μετά την εμφύτευση στον τόπο του τραυματισμού.
«Με τις φωτοακουστικές ιδιότητες, το CitraBoneQMg έχει μεγάλη προοπτική για παρακολούθηση in vivo, όπου μπορεί να ανιχνευθεί με υπερηχογράφημα κάτω από βαθιά ιστό», δήλωσε ο Xu.
