Jedwabniki pomogą w regeneracji ścięgien

Urazy ścięgien są powszechnie znane z powodu długiego i często niekompletnego procesu gojenia. Nagłe lub powtarzające się ruchy, których doświadczają sportowcy czy pracownicy fizyczni, zwiększają ryzyko naderwania lub zerwania ścięgien. Szacuje się, że co trzecia osoba na świecie dozna urazu ścięgien, przy czym częściej dotyka to kobiet. Osoby, które doznały jednego urazu są bardziej podatne na kolejny.

Ścięgna to pasma włóknistej tkanki łącznej, które łączą mięśnie z kośćmi. Są to tkanki miękkie połączone ze sztywnymi kośćmi; tworzą w ten sposób złożoną architekturę o bardzo specyficznej strukturze. Po urazie struktura ta ulega zaburzeniu, a tkanka łączna zmienia się z liniowej na zagiętą. Może również dojść do nadmiernego bliznowacenia, co zmienia właściwości mechaniczne ścięgna i jego zdolność do przenoszenia obciążeń.

Podczas naturalnego procesu gojenia się organizmu, komórki ścięgna i inne komórki są rekrutowane w celu odtworzenia pierwotnej macierzy ścięgna, składającej się z ułożonych włókien tkanki łącznej. Rekonstrukcja ta może jednak trwać od kilku tygodni do kilku miesięcy, a powstałe w ten sposób ścięgno jest często niedoskonałe. Skutkuje to osłabieniem, przewlekłym bólem i obniżeniem jakości życia.

Możliwe sposoby leczenia urazów ścięgien obejmują przeszczepy tkanki ścięgnistej od pacjentów lub dawców, ale wiążą się one z ryzykiem zakażeń, odrzucenia przeszczepu lub martwicy. Podejmowano próby stosowania przeszczepów syntetycznych, ale problemy mechaniczne, biokompatybilność i biodegradacja utrudniają te działania. Innym podejściem jest wykorzystanie mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC), wyspecjalizowanych komórek odgrywających kluczową rolę w regeneracji tkanek. W miejscu rany mogą one różnicować się w różne typy komórek i wytwarzać cząsteczki sygnalizacyjne, które regulują odpowiedź immunologiczną, migrację komórek i tworzenie nowych naczyń krwionośnych; umożliwia to regenerację tkanek.

Innym podejściem jest konstruowanie szkieletów biomateriałowych, czyli rusztowań, na które wprowadza się MSC i czynniki wzrostu w celu wytworzenia nowej tkanki ścięgnistej. Zespół z Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) wykorzystał to podejście do opracowania metody, która przyniosła znaczącą poprawę w regeneracji ścięgien MSC.

Naukowcy wykorzystali fibroinę jedwabiu, białko wytwarzane przez jedwabnika Bombyx mori. Oprócz zastosowania w pięknych tkaninach jedwabnych, fibroina jest wykorzystywana w urządzeniach optycznych i elektrycznych oraz w wielu zastosowaniach biomedycznych, od materiałów szewnych po bioinżynierię więzadeł, kości, a nawet tkanki rogówki. Ze względu na swoją wyjątkową wytrzymałość, trwałość, biokompatybilność i zdolność do biodegradacji, fibroina idealnie nadaje się do stosowania w rusztowaniach dla ścięgien.

Aby zwiększyć zdolność rusztowania do regeneracji tkanek, zespół połączył fibroinę jedwabną z GelMA, żelem na bazie żelatyny, utrzymującym wodę, ze względu na biokompatybilność GelMA, możliwość kontrolowania degradacji, sztywność i zdolność do promowania przyłączania i wzrostu komórek.

- Synergiczne działanie zdolności GelMA do wspomagania regeneracji tkanek oraz zalety strukturalne fibroiny jedwabnej sprawiają, że nasz materiał kompozytowy dobrze nadaje się do naprawy ścięgien - powiedział dr HanJun Kim, kierownik zespołu TIBI w tym projekcie.

W ramach projektu przygotowano mieszanki o różnym stosunku zawartości fibroiny jedwabiu i GelMA, a następnie wytworzono z nich cienkie arkusze nanowłókien. Następnie przetestowano arkusze pod kątem struktury włókien i rozciągliwości, po czym wybrano optymalną formułę o najlepszych właściwościach mechanicznych. Zaobserwowano również, że fibroina jedwabiu nadaje materiałowi zwiększoną porowatość, co usprawnia naprawę ścięgien.