Gdy zdolność organizmu do gojenia kości jest niewystarczająca, najczęściej wykonuje się przeszczepy. Udoskonalone rusztowania biomimetyczne z niewielkimi dawkami czynników wzrostu zwiększą skuteczność i obniżą koszty leczenia.
Kości stale ulegają mikrouszkodzeniom i naprawie w odpowiedzi na codzienne uszkodzenia. Jeśli kość nie może sama się zregenerować w przypadku ciężkich urazów lub chorób, niezbędne okazują się przeszczepy. Jednakże możliwość ich zastosowania jest ograniczona wieloma czynnikami, w związku z czym istnieje pilne zapotrzebowanie na zaawansowane techniki inżynierii tkankowej.
Aby sprostać temu zapotrzebowaniu, naukowcy opracowali w ramach finansowanego przez UE projektu "Development of bioactive nanocomposites for bone tissue engineering applications" (NANOFACT) innowacyjne nanorusztowania. Rusztowanie biomimetyczne jest zbudowane z hydroksyapatytu, głównego składnika zębów i kości, oraz chitozanu, polisacharydu występującego w muszlach (szkielecie zewnętrznym) skorupiaków.
Chitozan przypomina naturalnie występujący w organizmie polimer, kolagen, i poprawia farmakokinetykę czynników wzrostu. Istnieją też doniesienia o działaniu przeciwbakteryjnym chitozanu i służy on jako powierzchnia przeszczepu kości. Wiązanie do rusztowania osteogennych i angiogennych czynników wzrostu (odpowiednio BMP-4, czyli białka morfogenetycznego kości 4, i VEGF-A, czyli czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego) wywołuje wzrost kości i powstawanie nowych naczyń krwionośnych, przyspieszając gojenie kości.
Hydroksyapatyt, chitozan i czynniki wzrostu połączono z inicjatorem i czynnikiem sieciującym, aby uzyskać stałe rusztowanie. Rusztowanie stopniowo uwalnia czynniki wzrostu, w miarę jak ulega degradacji zależnej od degradacji chitozanu in vivo.
Zgodność komórkową rusztowania potwierdzono in vitro w hodowli linii komórek kostnych. Badania in vitro właściwości osteogennych rusztowania w modelu uszkodzenia kości u szczura potwierdziły, że rusztowanie z czynnikami wzrostu przyspiesza gojenie znacznie skuteczniej, niż rusztowanie, które ich nie zawiera.
Rusztowanie NANOFACT działa zarówno jako powierzchnia dla tworzącej się kości, jak i inicjator jej wzrostu. Eliminuje zapotrzebowanie na prowadzenie kultur komórek uzyskanych od pacjenta przez 1–2 tygodni przed ponownym wszczepieniem i zmniejsza wymagane dawki czynników wzrostu. Udoskonalenie materiałów i poprawa ich funkcjonalności przekłada się na zmniejszenie dawek kosztownych czynników wzrostu i ogranicza uwalnianie szkodliwych produktów ubocznych biodegradacji.
Projekt NANOFACT udowodnił bezpieczeństwo i skuteczność rusztowań ortopedycznych do gojenia kości na etapie przedklinicznym, wykazując ich przewagę nad obecnie dostępnymi metodami leczenia. Potencjalny wpływ na chorobowość i jakość życia pacjentów, a także korzyści dla systemów opieki zdrowotnej, są nie do przecenienia.
