ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΥΤΟ-ΟΡΓΑΝΟΜΕΝΩΝ ΝΑΝΟΪΝΩΝ ΓΙΑ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΧΟΝΔΡΟΥ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ : ΒΑΡΒΕΡΗΣ ΝΙΚΟΣ Α.Μ. 310

ΤΙΤΛΟΣ ΑΡΘΡΟΥ : Supramolecular design of self-assembling nanofibers for cartilage regeneration ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ : Ramille N. Shaha, Nirav A. Shah, Marc M. Del Rosario Limd, Caleb Hsieha, Gordon Nubere, and Samuel I. Stupp ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ : Proceedings of the National Academy of Sciences Τεύχος : 107 Σελίδες : 3293 - 3298 ΗΜ. ΕΚΔΟΣΗΣ : 23 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ 2010

Αναγεννητική Ιατρική είναι η διαδικασία της δημιουργίας ζωντανών, λειτουργικών ιστών για την επισκευή ή την αντικατάσταση ιστών ή οργάνων που χάνονται λόγω βλάβης, ή συγγενών ανωμαλιών. Το πεδίο αυτό δίνει την δυνατότητα της αναγέννησης τραυματισμένων ιστών και οργάνων του σώματος «διεγείροντάς» τους να αυτο-επουλωθούν. Η αναγεννητική ιατρική παρέχει επίσης την δυνατότητα στους επιστήμονες να δημιουργήσουν ιστούς και όργανα στο εργαστήριο και να τους εμφυτεύσουν με ασφάλεια στο σώμα όταν αυτό δεν μπορεί να θεραπεύσει τον εαυτό του.

ΚΑΤΕΣΤΡΑΜΕΝΟΙ ΑΡΘΡΙΚΟΙ ΧΟΝΔΡΟΙ : ΑΠΩΛΕΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΟΣΤΕΟΑΡΘΡΙΤΙΔΑ

ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΕ ΜΙΚΡΟΚΑΤΑΓΜΑΤΑ : Η επέμβαση με μικροκατάγματα είναι μία από τεχνικές χειρουργικής επισκευής αρθρικού χόνδρου που λειτουργεί με τη δημιουργία μικροσκοπικών καταγμάτων στο υποκείμενο των οστών. Αυτό προκαλεί τον νέο χόνδρο να εξελιχθεί σε υπερ-θρόμβο. Η χειρουργική επέμβαση είναι γρήγορη (30- 90 λεπτά), είναι ελάχιστα επεμβατική και μπορεί να έχει ένα σημαντικά μικρότερο χρόνο ανάρρωσης από μια αρθροπλαστική (αντικατάσταση γόνατος). Επίσης περιλαμβάνει μεσεγχυματικά κύτταρα των ίδιων των ασθενών. Υπερ-θρόμβος : ινώδης χόνδρος πλούσιος σε κολλαγόνο τύπου 1 και περιορισμένη ποσότητα κολλαγόνου τύπου 2. Κολλαγόνο τύπου 1

Σκοπός : Εισαγωγή αμφίφιλων πεπτιδίων χρησιμοποιώντας την μέθοδο των μικροκαταγμάτων. Τα πεπτιδικά αμφίφιλα μόρια (ΡΑ) είναι ειδικά σχεδιασμένα μόρια για να σχηματίζουν νανοίνες για την αναγέννηση ιστού, εμφανίζοντας υψηλή πυκνότητα δεσμευτικών επιτόπων για να μετατραπεί ο αυξητικός παράγοντας β-1( TGFβ-1). TGF β-1 : πολυπεπτιδικό μέλος της οικογένειας των βήτα μετασχηματικών αυξητικών παραγόντων των κυτοκινών. Πρόκειται για μία εκκρινόμενη πρωτεΐνη που εκτελεί πολλές κυτταρικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου της ανάπτυξης των κυττάρων, τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, τη διαφοροποίηση των κυττάρων και την απόπτωση. Στους ανθρώπους, TGF-β1 κωδικοποιείται από το γονίδιο TGFB1.

Πεπτιδικά αμφίφιλα μόρια

ΜΕΛΕΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΑΥΞΗΤΙΚΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΜΕΛΕΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΑΥΞΗΤΙΚΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ Συνδετικό ΡΑ (TGFBPA) : περιέχει την πεπτιδική σειρά HSNGLPL που έχει μια «συνδετική» συγγένεια με τον TGFβ-1 Μη βιοδραστικό ΡΑ 1ο δείγμα : 10 mol% TGFBPA 1μg / mL TGFβ-1 2ο δείγμα : 100 % ΡΑ Ρυθμιστικό διάλυμα

ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΘΟΔΟ ELISA

IN VITRO ΒΙΩΣΙΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ hMSCs ΚΑΛΛΙΕΡΓΗΜΕΝΑ ΣΕ PA-GELS Δείγματα που χρησιμοποιήθηκαν : MSCs καλλιεργήθηκαν σε Μη βιοδραστικό ΡΑ 5 mol% TGFBPA 10 mol% TGFBPA Μη βιοδραστικό ΡΑ (+ 100 ng/mL (rh)TGFβ-1) 5 mol% TGFBPA (+ 100 ng/mL (rh) TGFβ-1) 10 mol% TGFBPA (+ 100 ng/mL (rh) TGFβ-1)

ΑΝΑΛΥΣΗ LIVE/DEAD STAIN (INVITROGEN) Κύτταρα που καλλιεργήθηκαν σε ΡΑ gels Ζωντανά κύτταρα Μη βιοδραστικό ΡΑ 5 mol% TGFBPA 10 mol% TGFBPA Μη βιοδραστικό ΡΑ (+ 100 ng/mL (rh)TGFβ-1) 5 mol% TGFBPA (+ 100 ng/mL (rh) TGFβ-1) 10 mol% TGFBPA (+ 100 ng/mL (rh) TGFβ-1) Νεκρά κύτταρα

SEM (Scanning Electron Microscopy) MSCs Διακρίνονται πάρα πολύ καλά οι ίνες της ΡΑ μήτρας καθώς και τα MSCs Μη βιοδραστικό ΡΑ 5 mol% TGFBPA 10 mol% TGFBPA Μη βιοδραστικό ΡΑ (+ 100 ng/mL (rh)TGFβ-1) 5 mol% TGFBPA (+ 100 ng/mL (rh) TGFβ-1) 10 mol% TGFBPA (+ 100 ng/mL (rh) TGFβ-1)

Γονιδιακή έκφραση αργικάνης από καλλιέργειες hMSCs μέσα σε ΡΑ gels Αγρικάνη (aggrecan) : Σημαντικό δομικό συστατικό του χόνδρου μαζί με το κολλαγόνο τύπου II Γονιδιακή έκφραση αργικάνης από καλλιέργειες hMSCs μέσα σε ΡΑ gels

In-vivo αξιολόγηση των PAs σε ελαττωματικούς αρθρικούς χόνδρους κουνελιών με την μέθοδο των μικροκαταγμάτων Προκαταρκτική μελέτη : PA 10% σημασμένο με πυρένιο εισάχθηκε στους χόνδρους για την αξιολόγηση της κατακράτησης και της προσκόλλησης του ΡΑ μέσα στο ελάττωμα. Διάρκεια : 4 εβδομάδες Δεν υπήρξαν φλεγμονώδης αντιδράσεις όπως εμφανή πρήξιμο, ερυθρότητα, αρθρική υπερτροφία. Επίσης υπήρξε αρνητική χρώση για CD4 (φλεγμονώδης κυτταρικός δείκτης για Τ-βοηθητικά κύτταρα).

Full thickness articular cartilage defect microfracture rabbit model. Surgical procedure creating (A) full thickness articular cartilage defects in rabbit trochlea using a microcurette and (B) microfracture holes through the subchondral bone using a microawl to induce bleeding into the defect. (C) PA gel in defect after injection (Arrow). (D) Pyrene-labeled PA gel illustrating containment of the gel within articular cartilage defects after injection.

IN VIVO ΜΕΛΕΤΕΣ Διάρκεια : 12 εβδομάδες Ομάδες δειγμάτων : 10 μL rhTGFβ-1 ανα ελάττωμα ΡΑ + 100 ng / mL rhTGF PA + 10 mol% TGFBPA + 100 ng/ mL rhTGFβ-1 PA + 10 mol% TGFBPA Μετά το πέρας των 12 εβδομάδων όλα τα κουνέλια είχαν πλήρη κίνηση των γονάτων τους. Ένα μόνο κουνέλι εμφάνισε εξάρθωση επιγονατίδας, που παρατηρήθηκε μετά τον θάνατό του δεν συμπεριλήφθηκε στα αποτελέσματα

Αποτελέσματα Καμία προφανής διαφορά ανάμεσα στα ελαττώματα που θεραπεύτηκαν με TGF και σε αυτά που θεραπεύτηκαν με ΡΑ όσον αφορά την πλήρωση του ιστού και του ιστού επισκευής. Επίσης τα ελαττώματα ήταν ακόμη εμφανή, με αξιοπρόσεκτο χρώμα και διαφορά υφής από τον περιβάλλοντα ιστό. 10 μL rhTGFβ-1 ανα ελάττωμα ΡΑ + 100 ng / mL rhTGF Αντίθετα τα ελαττώματα που θεραπεύτηκαν με TGFBPA, με ή χωρίς αυξητικό παράγοντα, είχαν πλήρη ιστό με ίδιο χρώμα και υφή με τον περιβάλλοντα ιστό 3. PA + 10 mol% TGFBPA + 100 ng/ mL rhTGFβ-1 4. PA + 10 mol% TGFBPA

Observation of articular cartilage defects 12 wks after treatment. Macroscopic views of articular cartilage defects after 12 wks postop treated with (A) 100 ng∕mL TGF-β1 (100TGF), (B) filler PA + 100TGF, (C) 10%TGFBPA + 100TGF, and (D) 10%TGFBPA alone.

Ποιοτική αξιολόγηση στους ιστολογικούς τομείς Θεραπεία μόνο με TGFβ-1 Μη ολοκληρωμένη πλήρωση, ελλιπής επισκευή ιστού, ατέλειες, ο ιστός έμοιαζε περισσότερο με ινώδη χόνδρο με τα κύτταρα να έχουν ινοβλαστική μορφολογία, ανώμαλη κυτταρική πυκνότητα και μικρή χρώση για GAG και κολλαγόνο τύπου ΙΙ Θεραπεία με PA + 100TGF Μη ολοκληρωμένη πλήρωση, ελλιπής επισκευή ιστού, ατέλειες, μικρή χρώση για κολλαγόνο τύπου ΙΙ. Ανώμαλη κυτταρική πυκνότητα και οργάνωση. Εδώ τα κύτταρα είχαν πιο στρογγυλεμένη μορφολογία και υπήρξε και κυτταρική διαφοροποίηση.

Θεραπεία με TGFBPA με ή χωρίς TGFβ-1 Υαλώδης σχηματισμός ιστού Ολοκληρωμένη πλήρωση Καθόλου κενά ανάμεσα σε αναγεννημένο και περιβάλλοντα ιστό GAG και κολλαγόνο τύπου ΙΙ ίδιας έντασης και ποσότητας με τον περιβάλλοντα ιστό Άριστη αρχιτεκτονική οργάνωση κατά στήλες Κανονική κυτταρική πυκνότητα και ομαδοποίηση

Histological evaluation of sample sections 12 wks after treatment. Safranin-O staining for glycosaminoglycans (A–D) and type II collagen staining (E–H) (A, E) 100 ng∕mL TGF-β1 (100TGF), (B, F) filler PA + 100TGF, (C, G) 10%TGFBPA + 100TGF, and (D, H) 10%TGFBPA alone 12 wks postop.

Ποσοτική βαθμολόγηση των ιστολογικών τομέων Σύστημα O’ Driscoll : αξιολόγηση ποιότητας νέων ιστικών σχηματισμών σε αρθρικά χονδρικά ελαττώματα. Μετράει : εκτίμηση κυτταρικής μορφολογίας, χρώση της Saframin-O, κανονικότητα επιφάνειας, δομική ακεραιότητα, πάχος, πρόσφυση στον παρακείμενο χόνδρο.

Histological scores of 12 wk in vivo samples showing significantly higher scores for the groups treated with the 10% TGF-binding PA with or without growth factor.

Τα αποτελέσματα δείχνουν : Τα ΡΑ συστήματα επιταχύνουν και ενισχύουν την θεραπεία με μικροκατάγματα Τα ΡΑ gels δεν εμποδίζουν την επούλωση Προσθήκη TGFBPA στα ΡΑ μόρια προώθησε τον σχηματισμό χονδρικής μήτρας. Υπόσχονται μελλοντικές μελέτες in vivo : Σε μεγαλύτερα ελαττώματα Μεγαλύτερα ζώα-μοντέλα

Συμπεράσματα In vitro : ΡΑ ικριώματα μπορούν να υποστηρίξουν hMSC-βιωσιμότητα Η παρουσία TGFBPA διατηρεί καλύτερα τον TGFβ-1 μέσα στο gel In vivo : Τα PAs που δεσμευτήκαν πεπτιδικά με τον TGFβ-1 βελτίωσαν τις προοπτικές της θεραπείας με μικροκατάγματα Αναγεννητική ανταπόκριση με την παρουσία μεσεγχυματικών κυττάρων του μυελού των οστών

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Άρθρο : Supramolecular design of self-assembling nanofibers for cartilage regeneration Wikipedia (www.wikipedia.org)

ΣΑΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ