Regeneracja złamanych kości przy użyciu "kleju" z omułka jadalnego

Kleje wytwarzane przez organizmy morskie w środowiskach wilgotnych, podobnych do miejsc znajdujących się w ludzkim ciele, są w stanie wytrzymać działanie sił wzbudzanych przez turbulencje. To sprawia, że są odpowiednim źródłem inspiracji przy poszukiwaniu sposobów na łączenie kości.

Coraz więcej danych wskazuje na to, że w leczeniu kości krzemionka, czyli "bioszkło" sprawdza się lepiej niż hydroksyapatyt (naturalny minerał występujący w kościach). Naukowcy pracujący nad finansowanym przez UE projektem "Marine inspired biosilica-filled hydrogels" (DIADOM) rozszerzają zakres wcześniejszych prac, obejmujący tworzenie klejów syntetycznych do tkanek miękkich, przechodząc do tkanek twardych.

Badacze opracowali zmodyfikowany hydrożelowy system natywnej ligacji chemicznej (NCL) z fazą biokrzemionkową. NCL to nowa dziedzina zastosowań chemii syntetycznej w syntezie białek. Dwa komponenty peptydowe zostają połączone w celu utworzenia wiązania peptydowego w miejscu ligacji, co pozwala w sposób niezawodny i szybki pozyskiwać czyste próbki białek trudnych do wyizolowania ze źródeł naturalnych.

W systemie DIADOM do tworzenia wiązań poprzecznych w sieci polimerowej bez występowania cytotoksyczności wykorzystuje się poli(tlenek etylenu) (PEG). Biokrzemionka pochodzi z organizmów morskich pozyskiwanych w sposób ekologiczny na pożywkach z odpadów rolnych. Biokrzemionkowy system hydrożelowy tworzy się w czasie krótszym niż 3 minuty (czas żelowania) i wykazano, że w ciągu 24 godzin jego wytrzymałość na odkształcenia (moduł Younga) wzrasta niemal trzykrotnie. Szybkie żelowanie i łatwość użycia to dość obiecujące właściwości w kontekście szybkiego łączenia ze sobą wielu fragmentów.

Wstępne badania in vitro nie wykazały cytotoksyczności. Obecnie trwają badania mające na celu przetestowanie reakcji komórkowej na system biożelowy oraz substancje, które mogą powstawać podczas jego rozkładu. Naukowcy przeprowadzą ocenę cytotoksyczności, reakcji zapalnej oraz różnicowania się komórek kostnych w różnych systemach modelowych, obejmujących linię komórek makrofagowych oraz komórek pierwotnych ludzkiego szpiku kostnego z prekursorami osteogenezy.

Uczestnicy projektu DIADOM prezentują istotne zalety zainspirowanego przyrodą "kleju", przy użyciu którego można w szybki i łatwy sposób tworzyć mocne połączenia kostne, mogące stanowić lepszą alternatywę dla konwencjonalnych materiałów hydroksyapatytowych. Hydrożel na bazie PEG z fazą biokrzemionkową umożliwia szybkie żelowanie oraz znacznie łatwiejsze i skuteczniejsze regenerowanie złamań z rozszczepieniem oraz złamań wielokrotnych z niewielkimi fragmentami kości. Ta technologia może przynieść korzyści dziedzinie biomedycyny oraz pacjentom, u których będzie stosowana.