חומר חדש שפותח על ידי אוניברסיטת נורת'ווסטרן מראה פוטנציאל לחידוש סחוס באיכות גבוהה, ומציע תקווה לטיפולים טובים יותר בפציעות מפרקים ומחלות כמו אוסטיאוארתריטיס.
חוקרים ב האוניברסיטה הצפון מערבית פיתחו חומר ביואקטיבי המסוגל לחדש סחוס איכותי במפרקי הברך.
חומר חדש זה, המחקה באופן הדוק את הסביבה הטבעית של הסחוס, הראה תוצאות מבטיחות במודלים של בעלי חיים, העלול להפחית את הצורך בניתוחים להחלפת ברך ולשפר טיפולים במצבים כמו אוסטיאוארתריטיס ופציעות ספורט.
חידוש סחוס חדשני
חומר ביו-אקטיבי חדש ששיקם בהצלחה סחוס באיכות גבוהה במפרקי הברכיים של מודל בעל חיים גדול פותח על ידי מדעני אוניברסיטת נורת'ווסטרן.
למרות שזה נראה כמו גומי גומי, החומר הוא למעשה רשת מורכבת של רכיבים מולקולריים, הפועלים יחד כדי לחקות את הסביבה הטבעית של הסחוס בגוף.
במחקר החדש יישמו החוקרים את החומר על סחוס פגום במפרקי הברכיים של החיות. בתוך שישה חודשים בלבד, החוקרים צפו עדויות לתיקון משופר, כולל צמיחת סחוס חדש המכיל את הביופולימרים הטבעיים (קולגן II ופרוטאוגליקנים), המאפשרים חוסן מכני ללא כאבים במפרקים.
תמונת מיקרוסקופיה של החומר הביולוגי החדש. ננו-סיבים הם ורודים; חומצה היאלורונית מוצגת בסגול. קרדיט: סמואל א' סטאפ/אוניברסיטת נורת'ווסטרן
השפעה פוטנציאלית על בריאות המפרקים
עם עבודה נוספת, החוקרים אומרים שהחומר החדש עשוי לשמש ביום מן הימים כדי למנוע ניתוחים מלאים להחלפת ברך, לטפל במחלות ניווניות כמו דלקת מפרקים ניוונית, ולתקן פציעות ספורט כמו קרעים ב-ACL.
המחקר יפורסם במהלך השבוע של 5 באוגוסט בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences.
"הסחוס הוא מרכיב קריטי במפרקים שלנו", אמר סמואל אי. סטאפ מצפון ווסטרן, שהוביל את המחקר. "כאשר הסחוס ניזוק או מתפרק עם הזמן, זה יכול להשפיע רבות על הבריאות הכללית והניידות של אנשים. הבעיה היא שבבני אדם בוגרים, לסחוס אין יכולת טבועה להחלים. הטיפול החדש שלנו יכול לגרום לתיקון ברקמה שאינה מתחדשת באופן טבעי. אנחנו חושבים שהטיפול שלנו יכול לעזור לתת מענה לצורך קליני רציני שלא נענה".
סחוס בקרה (מוכתם בספרנין) מוצג עם פגם בצד השמאלי העליון של התמונה. קרדיט: סמואל א' סטאפ/אוניברסיטת נורת'ווסטרן
סחוס שטופל (מוכתם בספרנין) הראה שהפגם הושלם. קרדיט: Samuel I. Stupp/Northwestern University
חלוצה של ננו-רפואה רגנרטיבית, סטאפ הוא מועצת הנאמנים פרופסור למדע והנדסת חומרים, כימיה, רפואה והנדסה ביו-רפואית ב-Northwestern, שם הוא המנהל המייסד של מכון סימפסון קווירי לביו-ננוטכנולוגיה והמרכז המסונף אליו, המרכז לננו-רפואה רגנרטיבית. לסטאפ יש מינויים בבית הספר להנדסה מקורמיק, מכללת ויינברג לאמנויות ומדעים ובבית הספר לרפואה של פיינברג. ג'ייקוב לואיס, לשעבר Ph.D. סטודנט במעבדה של סטאפ, הוא המחבר הראשון של העיתון.
רכיבים ביו-אקטיביים מוסברים
המחקר החדש מגיע בעקבות עבודה שפורסמה לאחרונה ממעבדת Stupp, שבה הצוות השתמש ב"מולקולות רוקדות" כדי להפעיל תאי סחוס אנושיים כדי להגביר את הייצור של חלבונים הבונים את מטריצת הרקמה. במקום להשתמש במולקולות רוקדות, המחקר החדש מעריך חומר ביולוגי היברידי שפותח גם במעבדה של סטאפ. החומר הביולוגי החדש מורכב משני מרכיבים: פפטיד ביו-אקטיבי הנקשר לגורם גדילה מתמר בטא-1 (TGFb-1) – חלבון חיוני לצמיחה ותחזוקה של סחוס – והיאלורוני שונה חוּמצָהפוליסכריד טבעי הקיים בסחוס ובנוזל הסינוביאלי המשמן במפרקים.
"אנשים רבים מכירים את החומצה ההיאלורונית מכיוון שהיא מרכיב פופולרי במוצרי טיפוח," אמר סטאפ. "זה גם נמצא באופן טבעי ברקמות רבות בכל גוף האדם, כולל המפרקים והמוח. בחרנו בו כי הוא דומה לפולימרים הטבעיים המצויים בסחוס".
הצוות של סטאפ שילב את הפפטיד הביו-אקטיבי וחלקיקי חומצה היאלורונית שעברו שינוי כימי כדי להניע את הארגון העצמי של ננומטרי סיבים לצרורות המחקים את הארכיטקטורה הטבעית של הסחוס. המטרה הייתה ליצור פיגום אטרקטיבי עבור התאים של הגוף עצמו כדי לחדש רקמת סחוס. באמצעות אותות ביו-אקטיביים בסיבים הננומטריים, החומר מעודד תיקון סחוס על ידי התאים, המאכלסים את הפיגום.
בדיקות קליניות ויישומים עתידיים
כדי להעריך את יעילות החומר בקידום צמיחת סחוס, החוקרים בדקו אותו בכבשים עם פגמי סחוס במפרק החנק, מפרק מורכב בגפיים האחוריות בדומה לברך האנושית. עבודה זו בוצעה במעבדתו של מארק מרקל בבית הספר לרפואה וטרינרית באוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון.
לדברי סטאפ, בדיקה בדגם כבשים הייתה חיונית. בדומה לבני אדם, סחוס כבשים הוא עקשן וקשה להפליא להתחדש. לחנק כבשים ולברכיים אנושיים יש קווי דמיון גם בנשיאת משקל, גודל ועומסים מכניים.
"מחקר על מודל כבשים מנבא יותר כיצד הטיפול יעבוד בבני אדם", אמר סטאפ. "בחיות קטנות אחרות, התחדשות הסחוס מתרחשת הרבה יותר בקלות."
במחקר, החוקרים הזריקו את החומר העבה, דמוי משחה, לתוך פגמי סחוס, שם הוא הפך למטריקס גומי. לא רק שסחוס חדש צמח כדי למלא את הפגם כשהפיגום התפרק, אלא שהרקמה המתוקנת הייתה באיכות גבוהה יותר באופן עקבי בהשוואה לביקורת.
פתרון מתמשך
בעתיד, סטאפ מדמיין שניתן ליישם את החומר החדש על מפרקים במהלך ניתוחים במפרקים פתוחים או ארתרוסקופיים. סטנדרט הטיפול הנוכחי הוא ניתוח מיקרושבר, שבמהלכו המנתחים יוצרים שברים זעירים בעצם הבסיסית כדי לגרום לצמיחת סחוס חדשה.
"הבעיה העיקרית בגישת המיקרו-שבר היא שלעתים קרובות היא גורמת להיווצרות של פיברו-סחוס – אותו סחוס באוזניים שלנו – בניגוד לסחוס ההיאליני, שהוא זה שאנו צריכים כדי שיהיה לנו מפרקים פונקציונליים", אמר סטאפ. "על ידי חידוש הסחוס ההיאליני, הגישה שלנו צריכה להיות עמידה יותר בפני שחיקה, לתקן את בעיית הניידות הלקויה וכאבי מפרקים לטווח ארוך, תוך הימנעות מהצורך בשיקום מפרקים עם חלקי חומרה גדולים."
המחקר נתמך על ידי קרן משפחת מייק ומרי סו שאנון למערכות חומרים ביו-השראה וביו-אקטיביים להתחדשות שרירים ושלד.
