Onderzoekers van de Northwestern University zijn de eersten die een bioactief nanomateriaal ontwerpen dat de groei van nieuw kraakbeen in vivo en zonder het gebruik van dure groeifactoren bevordert. Minimaal invasieve, de therapie activeert de beenmergstamcellen en produceert natuurlijk kraakbeen. Geen conventionele therapie kan dit doen.

De resultaten worden in de week van 1 februari online gepubliceerd door de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

"In tegenstelling tot bot, kraakbeen groeit niet terug, en daarom zijn klinische strategieën om dit weefsel te regenereren van groot belang, " zei Samuel I. Stupp, senior auteur, Raad van Toezicht Hoogleraar Scheikunde, Materiaalkunde en techniek, en geneeskunde, en directeur van het Institute for BioNanotechnology in Medicine. Talloze mensen -- amateur-atleten, professionele atleten en mensen van wie de gewrichten net zijn versleten -- leren dit maar al te goed wanneer ze hun slechte knieën brengen, schouders en ellebogen naar een orthopedisch chirurg.

Beschadigd kraakbeen kan leiden tot gewrichtspijn en verlies van lichamelijke functie en uiteindelijk tot artrose, een aandoening met een geschatte economische impact van bijna $ 65 miljard in de Verenigde Staten. Met een vergrijzende en steeds actievere bevolking, dit cijfer zal naar verwachting groeien.

"Kraakbeen regenereert niet bij volwassenen. Als je eenmaal volgroeid bent, heb je al het kraakbeen dat je ooit zult hebben, " zei eerste auteur Ramille N. Shah, universitair docent materiaalkunde en techniek aan de McCormick School of Engineering and Applied Science en universitair docent orthopedische chirurgie aan de Feinberg School of Medicine. Shah is ook een ingezeten faculteitslid van het Institute for BioNanotechnology in Medicine.

Type II collageen is het belangrijkste eiwit in gewrichtskraakbeen, de gladde, wit bindweefsel dat de uiteinden van botten bedekt waar ze samenkomen om gewrichten te vormen.

"Ons materiaal van nanoscopische vezels stimuleert stamcellen die aanwezig zijn in het beenmerg om kraakbeen te produceren dat type II collageen bevat en het beschadigde gewricht te herstellen, Shah zei. "Een procedure die microfractuur wordt genoemd, is de meest gebruikte techniek die momenteel door artsen wordt gebruikt. maar het heeft de neiging om kraakbeen te produceren met voornamelijk type I collageen dat meer op littekenweefsel lijkt."

De Northwestern-gel wordt als een vloeistof in het gebied van het beschadigde gewricht geïnjecteerd, waar het vervolgens zichzelf assembleert en een vaste stof vormt. Deze extracellulaire matrix, die nabootst wat cellen gewoonlijk zien, bindt door moleculair ontwerp een van de belangrijkste groeifactoren voor het herstel en de regeneratie van kraakbeen. Door de groeifactor geconcentreerd en gelokaliseerd te houden, de kraakbeencellen hebben de mogelijkheid om te regenereren.

Samen met Nirav A. Shah, een orthopedisch chirurg in de sportgeneeskunde en voormalig orthopedisch bewoner van Northwestern, de onderzoekers implanteerden hun nanovezelgel in een diermodel met kraakbeendefecten.

De dieren werden behandeld met microfractuur, waar kleine gaatjes worden gemaakt in het bot onder het beschadigde kraakbeen om een ​​nieuwe bloedtoevoer te creëren om de groei van nieuw kraakbeen te stimuleren. De onderzoekers testten verschillende combinaties:alleen microfractuur; microfractuur en de nanovezelgel met toegevoegde groeifactor; en microfractuur en de nanovezelgel zonder toegevoegde groeifactor.

Ze ontdekten dat hun techniek veel betere resultaten opleverde dan de microfractuurprocedure alleen en, belangrijker, vond dat toevoeging van de dure groeifactor niet nodig was om de beste resultaten te krijgen. In plaats daarvan, vanwege het moleculaire ontwerp van het gelmateriaal, groeifactor die al in het lichaam aanwezig is, is voldoende om kraakbeen te regenereren.

De matrix hoefde maar een maand aanwezig te zijn om kraakbeengroei te veroorzaken. de matrix, gebaseerd op zelfassemblerende moleculen die bekend staan ​​als peptide-amfifielen, wordt biologisch afgebroken tot voedingsstoffen en wordt vervangen door natuurlijk kraakbeen.