Alleen al het noemen van een gescheurde achillespees zou iedereen doen huiveren. Peesblessures staan bekend om hun langdurige, moeilijke en vaak onvolledige genezingsprocessen. Plotselinge of herhaalde bewegingen, ervaren door bijvoorbeeld atleten en fabrieksarbeiders, verhogen het risico op scheuren of scheuren in de pezen; dertig procent van alle mensen krijgt een peesblessure, waarbij het risico het grootst is bij vrouwen. Bovendien zijn degenen die aan deze verwondingen lijden vatbaarder voor verdere verwondingen ter plaatse of herstellen ze nooit volledig.
Pezen zijn banden van vezelig bindweefsel die spieren aan botten hechten. Het zijn zachte weefsels die zijn verbonden met stijve botten; hierdoor ontstaat een complexe interface met een zeer specifieke structuur. Na verwonding wordt deze structuur verstoord en verandert het bindweefsel van een lineaire in een geknikte formatie. Er kan ook overmatige littekenvorming optreden, waardoor de mechanische eigenschappen van de pees en het vermogen om belastingen te dragen veranderen.
Tijdens de natuurlijke genezingsprocessen van het lichaam worden pezen en andere cellen gerekruteerd om de oorspronkelijke matrix van uitgelijnde bindweefselvezels van de pees te reconstrueren. Maar deze reconstructie kan weken tot maanden duren en de resulterende pees is vaak onvolmaakt. Dit resulteert in zwakte, chronische pijn en verminderde kwaliteit van leven.
Mogelijke behandelingen voor peesblessures zijn peesweefseltransplantaten van patiënten of donoren, maar deze brengen risico’s met zich mee, zoals infecties, transplantaatafstoting of necrose. Synthetische transplantaties zijn geprobeerd, maar mechanische, biocompatibiliteit en biologische afbraakproblemen hebben deze inspanningen belemmerd.
Een andere benadering is het gebruik van mesenchymale stamcellen (MSC’s), gespecialiseerde cellen die een centrale rol spelen bij weefselregeneratie. Op de plaats van de wond kunnen ze differentiëren in verschillende celtypes en signaalmoleculen produceren die de immuunrespons, celmigratie en de vorming van nieuwe bloedvaten reguleren; dit maakt weefselregeneratie mogelijk.
Behandelingsmethoden die systemische infusie, directe injectie of genetische modificatie van MSC’s gebruiken, hebben echter hun eigen problemen: infusie is niet specifiek gericht op de plaats van de verwonding, directe injectie vereist onbetaalbaar hoge celaantallen en genetische modificatie is inefficiënt en produceert cellen die moeilijk te isoleren zijn .
advertentie
Nog een andere benadering was het construeren van raamwerken voor biomateriaal, of steigers, waarop MSC’s en groeifactoren kunnen worden geïntroduceerd om nieuw peesweefsel te genereren. Een samenwerkend team van het Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) heeft deze benadering gebruikt om een methode te ontwikkelen die aanzienlijke verbeteringen heeft opgeleverd in de regeneratie van MSC-pezen.
Het team wendde zich eerst tot zijdefibroïne, een zijdeproteïne geproduceerd door de Bombyx mori zijderups. Naast het gebruik in prachtige zijden stoffen, wordt zijdefibroïne gebruikt in optische en elektrische apparaten, en in verschillende biomedische toepassingen, van hechtmateriaal tot biotechnologische ligamenten, bot en zelfs hoornvliesweefsel. Vanwege zijn superieure sterkte, duurzaamheid, biocompatibiliteit en bio-afbreekbare eigenschappen, is zijdefibroïne ideaal voor gebruik in steigers voor pezen.
Om het vermogen van de steiger voor weefselregeneratie te verbeteren, combineerde het team vervolgens zijdefibroïne met GelMA, een op gelatine gebaseerde, watervasthoudende gel, vanwege GelMA’s biocompatibiliteit, controleerbare afbraak, stijfheid en het vermogen om celhechting en -groei te bevorderen.
“De synergetische effecten van GelMA’s vermogen om de vorming van regeneratief weefsel te ondersteunen en de structurele voordelen van zijdefibroïne maken ons composietmateriaal zeer geschikt voor peesherstel”, zegt HanJun Kim, Ph.D., D.V.M, TIBI’s teamleider over het project.
Ze bereidden mengsels met variërende verhoudingen van zijdefibroïne en GelMA (SG) en fabriceerden ze tot dunne nanovezelvellen. Vervolgens testten ze de platen op vezelstructuur en rekbaarheid en kozen ze voor een optimale formulering met de beste mechanische eigenschappen. Ze merkten ook op dat de zijde fibroïne een verhoogde porositeit aan het materiaal verleende; dit verbetert het herstel van de pezen.
advertentie
De geoptimaliseerde SG-vellen werden gezaaid met MSC’s en onderworpen aan verschillende tests om MSC-compatibiliteit en -differentiatie, groeifactorproductie en genetische activiteit te meten die matrixvorming teweegbracht.
De MSC’s op de SG-vellen vertoonden een toename van de levensvatbaarheid en proliferatie van de cellen ten opzichte van die op zijden fibroïnevellen zonder GelMA (SF). Genetische analyse toonde aan dat relevante genactiviteit in SG MSC’s significant was toegenomen, in tegenstelling tot die op SF-vellen, die was afgenomen.
Kleurtests onthulden dat de MSC’s op de SG-vellen een hechtingssnelheid van meer dan 80% vertoonden en een langwerpige vorm hadden die kenmerkend is voor cellen die aan een oppervlak zijn bevestigd, in tegenstelling tot een hechtingssnelheid van 60%, waarbij bolvormige cellen werden waargenomen op SF en GelMA alleen oppervlakken.
Verdere tests op een groeifactor die wordt uitgescheiden door MSC’s die op nanovezelvellen zijn gezaaid, toonden aan dat de groeifactoren geproduceerd door de MSC’s op de SG-vellen het beste in staat waren om gewond peesweefsel te repareren dat in een kweekschaal was gekweekt.
Er werden ook experimenten uitgevoerd met levende ratten met gewonde achillespezen. MSC-gezaaide nanovezelvellen werden geïmplanteerd op de plaats van de verwonding en de SG-vellen bevorderden de meest versnelde genezing, met verminderde verwondingsplaatsen en de vorming van goed uitgelijnde, dicht opeengepakte peesvezels en geremodelleerde spiercomponenten.
“Weefselremodellering voor peesherstel is bijzonder moeilijk te bereiken”, zegt Ali Khademhosseini, Ph.D., TIBI’s directeur en CEO. “Het werk dat hier wordt gedaan, bevordert die prestatie aanzienlijk.”
Authors are: Yumeng Xue, HanJun Kim, Junmin Lee, Yaowen Liu, Tyler Hoffman, Yi Chen, Xingwu Zhou, Wujin Sun, Shiming Zhang, Hyun-Jong Cho, JiYong Lee, WonHyoung Ryu, Chang Moon Lee, Samad Ahadian, Mehmet R. Dokmeci, Bo Lei, KangJu Lee, and Ali Khademhosseini.
Dit werk werd ondersteund door de National Institutes of Health (EB021857, EB022403 en R01EB021857).
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Onderzoekers hebben een zijdecomposiet ontwikkeld voor een significant verbeterde regeneratie en reparatie van pezen.
Datum van publicatie: 4 mei 2022
Bron: Technologie | Top technologienieuws — ScienceDaily