Aktualności
Badania
21 Maja
Fot. Grzegorz Krzyżewski
Opublikowano: 2021-05-21

Żelowy kompozyt odbudowujący mięśnie

Nad innowacyjnymi, biokombatybilnymi materiałami ułatwiającymi odbudowę poważnie uszkodzonej tkanki mięśniowej pracują naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Stworzony przez nich żelowy kompozyt wykazuje się niespotykaną dotąd skutecznością. 

Mięśnie szkieletowe wykonują każdego dnia setki tysięcy ruchów, dzięki którym ciało jest stabilizowane w różnych pozycjach. Pomimo wytrzymałości na długotrwałe obciążenie, mięśnie mogą doznać lekkich kontuzji spowodowanych nagłym, niespodziewanym wysiłkiem fizycznym, tj. nadmiernym rozciągnięciem. Z kolei w skrajnych przypadkach niektórych chorób, takich jak nowotwory, dystrofia mięśni lub uszkodzenia mechanicznego, np. w wyniku wypadku lub operacji, całkowity powrót mięśnia do stanu pierwotnego może być niemożliwy. Pomimo imponującej zdolności naszego organizmu do codziennej regeneracji, w niektórych przypadkach mięśnie szkieletowe nie mogą zostać w pełni obudowane.

Tuż po uszkodzeniu pojawia się zapalenie i obrzęk, a wraz z nimi organizm zaczyna produkować maleńkie włókna będące prekursorami mięśnia. Powstają on w procesie miogenezy, a ich rolą jest stworzenie nowej, odbudowanej, w pełni sprawnej tkanki mięśniowej. Przy niewielkich uszkodzeniach mięsień może całkowicie wyzdrowieć, lecz gdy uszkodzenie jest znaczące naprawa dużych ubytków masy mięśniowej bywa niemożliwa a szkody są nieodwracalne. To sprawia, że ​​odbudowa i poprawa funkcjonalności mięśni jest jednym z największych wyzwań biomedycznych naszych czasów.

Sprostać mu mogą innowacyjne, biokombatybilne materiały ułatwiające odbudowę poważnie uszkodzonej tkanki mięśniowej. Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez dr. Marco Costantiniego z Instytutu Chemii Fizycznej PAN zaprezentował rozwiązanie wytwarzania substytutu mięśnia na bazie biokompatybilnego żelu przypominającego strukturą makaron typu spaghetti. Żel ten produkowany jest z polimerów naturalnych innowacyjną metodą biodruku 3D za pomocą urządzenia mikroprzepływowego, umożliwiając wydruk obiektu o dowolnym rozmiarze. Co najważniejsze, żel zawiera komórki mięśniowe, będące prekursorami włókien mięśniowych, które stopniowo narastają w polimerowej matrycy. Wszczepienie do uszkodzonego mięśnia takiego żelu biomimetycznego z komórkami umożliwia  regenerację uszkodzonych tkanek.

Nasz system biodruku został zaprojektowany tak, aby dokładnie naśladować wysoce anizotropową architekturę mięśni szkieletowych, co skutkuje skutecznym wytworzeniem prekursorów mięśni w dowolnej formie – zauważa dr Marco Costantini.

Wydrukowany żel wraz z komórkami poddawany jest hodowli in vitro przez tydzień w celu stymulacji wzrostu komórek, a następnie wszczepia się go do uszkodzonych tkanek pacjenta. Naukowcy przedstawili skuteczną regenerację mięśni u myszy, u której uraz był na tyle duży, że pełne wyleczenie skutkujące przywróceniem pierwotnych funkcji mięśnia nie byłoby możliwe nawet po kilku miesiącach. Na dodatek, częściowa regeneracja trwałaby pięć razy dłużej, osiągając nie więcej niż 20% regeneracji. Zaprezentowany przez badaczy biodrukowany żel zawierający komórki mięśniowe umożliwił przywrócenie o 90% rzeczywistych funkcji. Ponadto mięśnie zostały odbudowane w zaledwie 20 dni, sprawiając, że zaprezentowany żel jest obiecującym materiałem do zastosowań biomedycznych wspomagających regenerację tkanek.

Przywrócenie masy i funkcjonalności o 90% usuniętego mięśnia w zaledwie 20 dni to absolutny rekord, który motywuje nas do dalszego zgłębiania tego podejścia w najbliższej przyszłości. Teraz musimy rozszerzyć naszą platformę na wytwarzanie żelu na większą skalę, aby wspierać regenerację mięśni u dużych zwierząt. Mamy nadzieję, że ta technologia niebawem będzie gotowa do zastosowania klinicznego u ludzi – twierdzi dr Costantini, którego zespół współpracuje z dr. Cesare’em Gargiolim z Uniwersytetu Tor Vergata w Rzymie.

Zaprezentowana technologia umożliwia biodrukowanie materiałów wspomagających medycynę regeneracyjną z niezwykłą skutecznością oraz szybkim czasem odbudowy mięśni. Wyniki badań naukowców zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „EMBO Molecular Medicine”, otwierając nowe horyzonty w regeneracji tkanek, których dotychczas nie dało się odbudować po urazie. Badania zostały dofinansowane przez Narodowe Centrum Nauki.

źródło: IChF PAN

Dyskusja (0 komentarzy)