Gewrichtsziekten, zoals knieartrose, komen vaak voor bij ouderen en verminderen hun kwaliteit van leven ernstig. Conventionele behandelingen zoals kunstmatige gewrichtsvervanging bieden tijdelijke verlichting, maar hebben verschillende nadelen, inclusief beperkte functionaliteit en de noodzaak tot vervanging. Een betere oplossing is om een ​​manier te vinden om weefselregeneratie in gewrichten te bevorderen:interpenetrerende polymeernetwerk (IPN) hydrogels, wanneer geïnjecteerd in gewrichten, doe precies dit - door te fungeren als steigers voor de groei van nieuwe cellen en door de cellulaire omgeving na te bootsen. Echter, bestaande technieken om IPN's te ontwikkelen zijn vervelend:ze vereisen de toevoeging van chemicaliën via meerdere stappen, wat hun praktische toepassing beperkt. Dus, er is behoefte aan betere technieken die het proces van weefselregeneratie kunnen vergemakkelijken.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Chemie van materialen , wetenschappers uit Japan, waaronder Asst Prof Shigehito Osawa en Prof Hidenori Otsuka van de Tokyo University of Science, vond een nieuwe methode voor het ontwikkelen van scaffolds voor weefselregeneratie. Prof Otsuka legt uit, "Over het algemeen, de vorming van IPN-gels is een cytotoxische, proces met meerdere stappen:het gaat om het bouwen van een netwerk, gevolgd door de toevoeging van chemische reagentia of onderwerping aan externe prikkels, zoals temperatuur of veranderingen in lichtinstraling, om het andere netwerk te vormen. We wilden een nieuwe steiger maken met behulp van een proces in één stap, die de beperkingen van bestaande IPN's zou kunnen overwinnen."

Beginnen met, de wetenschappers wilden zelfassemblerende verbindingen vinden die onafhankelijke 3D-netwerken konden vormen zonder elkaar te hinderen. Ze begonnen met het selecteren van een peptide genaamd RADA16, die - onder fysiologische omstandigheden - een netwerk vormt dankzij elektrostatische en hydrofobe interacties. Vervolgens, ze wendden zich tot een biopolymeer genaamd chitosan (CH) en een verbinding genaamd polyethyleenglycol (PEG), die via chemische reacties netwerken met elkaar vormen. Omdat de mechanismen van netwerkvorming in RADA16 en CH/PEG drastisch anders waren, de wetenschappers speculeerden dat deze netwerken elkaar niet zouden hinderen. Door simpelweg de twee verbindingen te mengen, ze ontdekten dat dit inderdaad waar was. Prof Otsuka legt uit, "We hebben de twee materialen gemengd, RADA16 en CH/PEG, en ontdekten dat ze met succes heterologe IPN's vormden. Bovendien, deze IPN's interfereerden niet met elkaar, aangezien het blijkt dat de RADA16-netwerken eerst worden gevormd, gevolgd door de langzamere assemblage van CH/PEG-netwerken."

Volgende, de onderzoekers wilden nagaan of de voorgestelde IPN effectief zou kunnen fungeren als een steiger om de groei van gezonde chondrocyten (cellen die kraakbeen produceren) te bevorderen. De wetenschappers testten de steiger met behulp van menselijke cellen en ontdekten dat cellen uniform in de hydrogel zijn ingebed, het effectief genereren van functioneel kraakbeenweefsel. In feite, in muizen, het implanteren van menselijke chondrocyten in de hydrogel-steiger leidde tot kraakbeenvorming gedurende een periode van 8 weken, zelfs de prestaties van conventionele weefselsteigers overtreft! Het grootste voordeel van deze techniek was dat het niet alleen kraakbeenweefsel met succes regenereerde, het werd ook uitgevoerd in slechts één stap of "pot, " waardoor het veel eenvoudiger is dan bestaande technieken.

Deze bevindingen zouden mogelijk de beperkingen van weefselregeneratie kunnen overwinnen en de weg vrijmaken voor verdere toepassingen zoals medicijnafgifte, diagnose, en oppervlaktemodificatie. Niet alleen dit, Prof Otsuka is optimistisch dat vanwege het gemak van de techniek, het kan in eigen land worden geproduceerd, die tot aanzienlijke sociale en economische voordelen kunnen leiden. Prof Otsuka concludeert, "Ons onderzoek heeft deuren geopend voor het gebruik van regeneratieve geneeskunde voor autonome kraakbeengeneratie als alternatief voor kunstmatige gewrichten, wat leidt tot een aanzienlijke verbetering van de kwaliteit van leven van patiënten en ten goede komt aan de samenleving in het algemeen."