Piezoelectricitatea: secretul refacerii cartilajelor afectate de leziuni sau boli

O echipă de bioingineri de la Universitatea din Connecticut a reușit refacerea cu succes a cartilajului afectat dintr-un genunchi de iepure, în cadrul unor experimente de laborator în care au utilizat un polimer biodegradabil piezoelectric. Descoperirile reprezintă un progres promițător spre vindecarea articulațiilor afectate de artrită.
Cauzată de uzarea sau rănirea cartilajului, responsabil pentru amortizarea mișcărilor, artrita reprezintă o boală comună asociată de regulă cu îmbătrânirea, ce determină dureri de diferite intensități. În prezent, cele mai bune tratamente disponibile pentru artrită încearcă să înlocuiască cartilajul deteriorat cu o bucată sănătoasă luată din altă parte a corpului sau de la un donator. Cu toate acestea, un astfel de transplant are multiple riscuri și există șanse importante ca sistemul imunitar să respingă cartilajul transplantat, dacă este obținut de la o altă persoană sau de rănire a locului din care este luat, în cazul unui autotransplant.

Tratamentul cel mai eficient și mai bun posibil ar fi refacerea cartilajului sănătos în articulația deteriorată. Unii cercetători au încercat să amplifice factorii chimici de creștere pentru a determina organismul să crească singur cartilajul. În același timp, alte încercări s-au bazat pe o schelă bio-inginerească care poate oferi corpului un șablon pentru țesutul proaspăt. Niciuna dintre aceste abordări nu funcționează însă, chiar și atunci când sunt combinate

În studiul actual, cercetătorii au descoperit că semnalele electrice sunt cheia creșterii normale a cartilajului. Ei au proiectat o schelă de țesut realizată din nanofibre de acid poli-L lactic, un polimer biodegradabil adesea folosit pentru sutura rănilor chirurgicale. Nanomaterialul are o proprietate de piezo-electricitate, astfel că, atunci când este stors, produce o mică explozie de curent electric.

Mișcarea regulată a unei articulații, ce se produce în timpul mersului, poate determina ca schela să genereze un câmp electric slab, dar constant, care încurajează celulele să o colonizeze și să crească în cartilaj. Nu sunt necesari factori de creștere externi sau celule stem și, în mod esențial, cartilajul care crește este robust din punct de vedere mecanic.

Echipa a testat recent schela pe genunchiul unui iepure rănit. Iepurelui i s-a permis să sară pe o bandă de alergare pentru a face exerciții după implantarea schelei și, așa cum cercetătorii au prezis, cartilajul a crescut normal. „Piezoelectricitatea este un fenomen care există și în corpul uman. Oasele, cartilajele, colagenul, ADN-ul și diferitele proteine ​​au un răspuns piezoelectric. Abordarea noastră pentru vindecarea cartilajului este foarte translațională clinic și vom analiza mecanismul de vindecare aferent”, spune autorul principal al lucrării, Yang Liu.

sursa: Science Daily
foto: Schela de țesut  (courtesy of Thanh Nguyen)