ADN-ul poate contribui la stimularea vindecării osoase într-un mod localizat și țintit, de exemplu, după o fractură complicată sau după o pierdere severă de țesut în urma unei intervenții chirurgicale.

Acest lucru a fost demonstrat de cercetătorii de la universitățile Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) și Leipzig (Germania),  Aveiro (Portugalia) și Institutul Fraunhofer pentru Microstructura Materialelor și Sistemelor IMWS din Halle (Germania). Aceștia au dezvoltat un nou proces prin care acoperă materialele pentru implanturi cu un biomaterial activat genetic care induce celulele stem să producă țesut osos.

Descoperirile au fost publicate în revista Advanced Healthcare Materials.

Oasele reprezintă pentru oamenii de știință un exemplu fascinant al capacității organismului de a se regenera. Ele sunt capabile să își recapete funcționalitatea completă – chiar și după o fractură – datorită capacității lor de a forma țesut nou și rezistent la locul fracturii.

„Cu toate acestea, atunci când vine vorba de fracturi complicate sau de pierderi majore de țesut, chiar și puterea de autovindecare a unui os este insuficientă”, explică profesorul Thomas Groth, șeful grupului de cercetare în domeniul materialelor biomedicale de la Institutul de Farmacie al MLU.

Potrivit acestuia, în astfel de cazuri, sunt necesare implanturi pentru a stabiliza osul, a înlocui părți ale articulațiilor sau a acoperi defecte mai mari cu materiale degradabile. Succesul unor astfel de implanturi depinde în mare măsură de cât de bine sunt încorporate în os. În ultimii ani s-au depus eforturi sporite pentru a sprijini acest proces prin acoperirea implanturilor cu materiale bioactive pentru a activa celulele osoase și celulele stem mezenchimale.

Celulele stem mezenchimale sunt capabile să genereze diferite tipuri de țesut, însă activarea lor pentru a regenera în mod specific osul poate fi deosebit de dificilă. În astfel de cazuri, o matrice extracelulară joacă un rol crucial.

„Țesutul dintre celulele osoase este alcătuit, printre altele, din colagen și sulfat de condroitină”, explică prof. Groth. „Acesta poate fi replicat în mod artificial și aplicat pe suprafața implanturilor pentru a le face bioactive”, spune el.

Acest lucru asigură o mai bună încorporare a implanturilor și este mai puțin probabil să fie respinse de organism. De asemenea, în matricea extracelulară artificială pot fi adăugate medicamente și activatori pentru a stimula creșterea osoasă.

Un astfel de activator este proteina BMP-2, care este deja utilizată în fuziunile coloanei vertebrale sau pentru a trata fracturile complicate, care nu se vindecă.

Cu toate acestea, studiile au arătat că doza mare de BMP-2 necesară poate duce la formarea necontrolată de țesut osos în mușchiul înconjurător, precum și la alte efecte secundare nedorite.

Cercetătorii din Halle, Leipzig și Aveiro propun, prin urmare, o procedură care stimulează celulele stem într-un mod mai bine direcționat și care provoacă mult mai puține efecte secundare.

Un lucru pe care se concentrează aplicația acestora este îmbunătățirea designului matricei extracelulare. Echipa internațională folosește o tehnologie specială, strat cu strat, pentru a aplica biomaterialul pe implant. Acest lucru le permite să controleze compoziția, structura și proprietățile acesteia la nivel nanometric.

„Este un proces sofisticat pe care l-am perfecționat la MLU în colaborare cu Fraunhofer IMWS”, explică prof. Thomas Groth.

În loc să încorporeze cantități mari de BMP-2 direct în biofilm și să riște o eliberare necontrolată, cercetătorii împachetează fragmente de ADN în nanoparticule lipidice care acționează ca niște containere de transport. Abia după ce implantul a fost introdus, ADN-ul migrează în celulele țesutului osos și le stimulează să producă BMP-2. Aceasta, la rândul său, activează celulele stem care formează țesut osos.

„Imitarea matricei extracelulare printr-o peliculă subțire de suprafață care devine funcțională cu ajutorul nanoparticulelor reprezintă o piatră de hotar în cercetarea materialelor farmaceutice”, explică prof. Groth. Potrivit acestuia, ADN-ul poate fi eliberat într-un mod țintit și limitează stimularea creșterii țesutului, fără a provoca efecte secundare nedorite.

Metoda este potrivită și pentru transportul ARN mesager (ARNm) și, astfel, extinde posibilitățile medicinei regenerative – nu numai în domeniul formării oaselor, ci și pentru alte aplicații terapeutice, spun autorii.