Nuovo biomateriale rigenera la cartilagine danneggiata nelle articolazioni

Roma  – Sviluppato un nuovo materiale bioattivo che ha rigenerato con successo una cartilagine di alta qualità nelle articolazioni del ginocchio di un modello di animale di grandi dimensioni. A farlo gli scienziati della Northwestern University. Sebbene sembri una sostanza gommosa il materiale, descritto su Proceedings of the National Academy of Sciences, è in realtà una complessa rete di componenti molecolari che lavorano insieme per imitare l’ambiente naturale della cartilagine nel corpo. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno applicato il materiale alla cartilagine danneggiata delle articolazioni del ginocchio degli animali. Nell’arco di soli sei mesi, è stato possibile osservare prove naturali, quali collagene II e proteoglicani, che consentono una resistenza meccanica senza dolore nelle articolazioni. Con un ulteriore lavoro, i ricercatori ritengono che il nuovo materiale potrebbe un giorno essere utilizzato per prevenire interventi di sostituzione completa del ginocchio, trattare malattie degenerative come l’osteoartrite e riparare lesioni legate allo sport come gli strappi del legamento crociato anteriore. “La cartilagine è un componente fondamentale delle nostre articolazioni”, ha dichiarato Samuel I. Stupp, della Northwestern, che ha guidato lo studio. “Quando la cartilagine si danneggia o si rompe nel tempo, può avere un grande impatto sulla salute generale e sulla mobilità delle persone”, ha continuato Stupp. “Il problema è che, nell’uomo adulto, la cartilagine non ha una capacità intrinseca di guarire”, ha aggiunto Stupp. “La nostra nuova terapia può indurre la riparazione in un tessuto che non si rigenera naturalmente”, ha precisato Stupp. “Pensiamo che il nostro trattamento possa contribuire a rispondere a una grave esigenza clinica ancora non soddisfatta”, ha continuato il ricercatore. Pioniere della nanomedicina rigenerativa, Stupp è professore del Board of Trustees di Scienza dei Materiali e Ingegneria, Chimica, Medicina e Ingegneria Biomedica alla Northwestern, dove è direttore fondatore del Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology e del suo centro affiliato, il Center for Regenerative Nanomedicine. Stupp ha incarichi presso la McCormick School of Engineering, il Weinberg College of Arts and Sciences e la Feinberg School of Medicine. Il nuovo studio fa seguito a un lavoro pubblicato di recente dal laboratorio di Stupp, in cui l’équipe ha utilizzato “molecole danzanti” per attivare le cellule della cartilagine umana e aumentare la produzione di proteine che costruiscono la matrice del tessuto. Invece di utilizzare le molecole danzanti, il nuovo studio valuta un biomateriale ibrido, anch’esso sviluppato nel laboratorio di Stupp. Il nuovo biomateriale comprende due componenti: un peptide bioattivo che si lega al fattore di crescita trasformante beta-1 (TGFb-1), una proteina essenziale per la crescita e il mantenimento della cartilagine, e l’acido ialuronico modificato, un polisaccaride naturale presente nella cartilagine e nel liquido sinoviale lubrificante delle articolazioni. “Molte persone conoscono l’acido ialuronico perché è un ingrediente popolare nei prodotti per la pelle”, ha detto Stupp. “Si trova naturalmente anche in molti tessuti del corpo umano, comprese le articolazioni e il cervello”, ha proseguito Stupp. “L’abbiamo scelto perché assomiglia ai polimeri naturali presenti nella cartilagine”, ha sottolineato Stupp. La squadra di ricerca di Stupp ha integrato il peptide bioattivo e le particelle di acido ialuronico modificate chimicamente per guidare l’auto-organizzazione di fibre in scala nanometrica in fasci che imitano l’architettura naturale della cartilagine. L’obiettivo era quello di creare un’impalcatura attraente per le cellule del corpo per rigenerare il tessuto cartilagineo. Utilizzando segnali bioattivi nelle fibre in nanoscala, il materiale incoraggia la riparazione della cartilagine da parte delle cellule che popolano l’impalcatura. Per valutare l’efficacia del materiale nel promuovere la crescita della cartilagine, i ricercatori l’hanno testato su pecore con difetti della cartilagine nell’articolazione della forcella, un’articolazione complessa degli arti posteriori simile al ginocchio umano. Il lavoro è stato svolto nel laboratorio di Mark Markel della Scuola di Medicina Veterinaria dell’Università del Wisconsin-Madison. Secondo Stupp, la sperimentazione su un modello di pecora era fondamentale. “Proprio come gli esseri umani, la cartilagine degli ovini è ostinata e incredibilmente difficile da rigenerare e le ginocchia di pecora e quelle umane sono simili anche per quanto riguarda la sopportazione del peso, le dimensioni e i carichi meccanici”, ha evidenziato Stupp. “Uno studio su un modello di pecora è più predittivo di come il trattamento funzionerà nell’uomo”, ha notato Stupp. “In altri animali più piccoli, la rigenerazione della cartilagine avviene molto più facilmente”, ha spiegato Stupp. Nello studio, i ricercatori hanno iniettato il materiale denso e pastoso nei difetti della cartilagine, dove si è trasformato in una matrice gommosa. Qui, non solo è cresciuta nuova cartilagine per riempire il difetto mentre l’impalcatura si degradava, ma il tessuto riparato era di qualità superiore rispetto al controllo. In futuro, Stupp immagina che il nuovo materiale possa essere applicato alle articolazioni durante gli interventi chirurgici a cielo aperto o in artroscopia. L’attuale standard di cura è la microfrattura, durante la quale i chirurghi creano piccole fratture nell’osso sottostante per indurre la crescita di nuova cartilagine. “Il problema principale dell’approccio con la microfrattura è che spesso si forma fibrocartilagine, la stessa cartilagine che abbiamo nelle orecchie, invece della cartilagine ialina, che è quella di cui abbiamo bisogno per avere articolazioni funzionali”, ha osservato Stupp. “Rigenerando la cartilagine ialina, il nostro approccio dovrebbe essere più resistente all’usura, risolvendo il problema della scarsa mobilità e del dolore articolare a lungo termine ed evitando la necessità di ricostruire le articolazioni con protesi di grandi dimensioni”, ha concluso Stupp.(30Science.com)