Een team van biomateriaalwetenschappers en tandartsen van de UCLA School of Dentistry heeft een nanodeeltje ontwikkeld dat, gebaseerd op eerste experimenten bij dieren, zou de behandeling van botdefecten kunnen verbeteren.

Een paper waarin het voorschot wordt beschreven, wordt vandaag gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Bot defecten, die kan worden veroorzaakt door traumatisch letsel, infectie, osteoporose of het verwijderen van tumoren, zijn voor orthopedisch chirurgen moeilijk te behandelen. En de behoefte aan bottransplantaten komt steeds vaker voor, mede dankzij onze vergrijzende bevolking:botletsels komen vooral voor bij ouderen.

Vandaag, de standaardbehandeling voor botdefecten is een bottransplantaat, waarbij gezond bot uit een ander deel van het lichaam wordt getransplanteerd om het beschadigde gebied te herstellen. Echter, de procedure kan complicaties veroorzaken, inclusief infecties waarbij het getransplanteerde bot is afgenomen, bloedingen en zenuwbeschadiging.

Dus de onderzoekers richtten hun aandacht op liposomen, kleine bolvormige zakjes die zijn afgeleid van natuurlijk bestaande lipiden. Liposomen worden sinds de jaren negentig gebruikt om kanker en infectieziekten te behandelen, en meer recentelijk worden ze onderzocht voor hun mogelijke gebruik in botweefselengineering. Ze kunnen worden gebruikt om voedingsstoffen en farmaceutische medicijnen in het lichaam toe te dienen en kunnen gemakkelijk cellen binnendringen om hun waardevolle lading toe te dienen, maar ze hebben wel enkele nadelen:ze zijn fysiek onstabiel en het kan moeilijk zijn om te controleren hoe en wanneer ze medicijnen vrijgeven.

Om hun stabiliteit te helpen verbeteren en hun vermogen om bot in het lichaam te vormen, te verbeteren, de UCLA-onderzoekers ontwikkelden een nieuw type liposoom dat een sterosoom wordt genoemd. (De naam is geïnspireerd op het feit dat ze een hoge concentratie steroïden bevatten.)

Om de sterosomen te produceren, de wetenschappers vervingen cholesterol, een belangrijk bestanddeel van liposomen, met oxysterol, een type cholesterol dat een sleutelrol speelt bij de ontwikkeling van het skelet en de genezing van botten. In tests met muizen met botdefecten, de onderzoekers ontdekten dat de sterosomen op zichzelf met succes botregeneratie activeerden, zonder therapeutische medicijnen nodig te hebben.

"Liposomen worden over het algemeen gemaakt van farmacologisch inactieve stoffen, " zei Min Lee, de corresponderende auteur van het artikel en een professor in de biomaterialenwetenschap aan de tandheelkundige school. "Het opnemen van oxysterol in onze liposomale formulering verhoogde niet alleen de stabiliteit van nanodeeltjes, maar stimuleerde ook cellen om zich te ontwikkelen tot botvormende cellen."

In een tweede fase van het onderzoek, de onderzoekers wilden zien hoe ze het sterosoom nog effectiever konden maken.

Ze voegden hun sterosoom-nanodeeltje toe aan een weefseltechnologie-steiger - een structuur die vaak wordt gebruikt om natuurlijk voorkomende stamcellen te verplaatsen en te laten groeien, die overeenkomt met de plaats van het defect en wordt gebruikt tijdens bottransplantatieprocedures. Ze laadden de sterosomen met een botopbouwend medicijn genaamd purmorphamine. Volgende, ze immobiliseerden het met medicijnen beladen sterosoom op een steiger om ervoor te zorgen dat de sterosomen geconcentreerd bleven in de defecte gebieden en gaven de medicijnen zo lang mogelijk vrij waar ze het meest nodig waren.

In een zes weken durende studie met muizen met botdefecten in hun schedel, de onderzoekers zagen een gemiddelde vermindering van ongeveer 50% in de grootte van de defecten nadat de met medicijnen beladen scaffold was geïmplanteerd.

"Door ons nanodeeltje te gebruiken, waarvan we vonden dat het intrinsieke botvormende eigenschappen heeft, samen met de toevoeging van therapeutische medicijnen, we waren in staat om het botregeneratieproces te versnellen, " zei Lee. "Onze in nanodeeltjes verpakte medicijnen zullen nuttig zijn in veel klinische situaties waar bottransplantatie nodig is om niet-genezende skeletafwijkingen en verwante botpathologieën te behandelen."

Dr. Paul H. Krebsbach, hoogleraar parodontologie en decaan van de tandheelkundige school, zei, "Het onderzoek onder leiding van Min Lee en zijn team toont aan dat de onderzoeksinspanningen van UCLA Tandheelkunde veel verder gaan dan de behandeling van ziekten van de mondholte, en hun bevindingen hebben bredere implicaties voor de behandeling van botdefecten door het hele lichaam."