Ricrescita della cartilagine grazie ad un nanomateriale sintetico

Un’equipe di  bioingegneri di UConn hanno fatto ricrescere con successo la cartilagine nel ginocchio di un coniglio, un promettente salto verso la guarigione delle articolazioni negli esseri umani.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Science Translational Medicine.

Ricrescita della cartilagine: qualche dettaglio sulla ricerca

L’artrite è una malattia comune e dolorosa causata da danni alle nostre articolazioni. Normalmente i cuscinetti di cartilagine attutiscono quei punti, ma le lesioni o l’età possono logorarlo. Quando la cartilagine si deteriora, l’osso inizia a colpire l’osso e le semplici attività quotidiane come camminare diventano terribilmente dolorose.

I migliori trattamenti disponibili cercano di sostituire la cartilagine danneggiata con un pezzo sano prelevato da altre parti del corpo o da un donatore. Ma la cartilagine sana è in quantità limitata. Se si tratta di autotrapianto potrebbe danneggiare il luogo da cui è stato prelevato; se proviene da qualcun altro, è probabile che il sistema immunitario lo rigetti.

Il miglior trattamento possibile sarebbe quello di far ricrescere la cartilagine sana nell’articolazione danneggiata stessa. Alcuni ricercatori hanno provato ad amplificare i fattori di crescita chimici per indurre il corpo a fare crescere da solo la cartilagine. Altri tentativi si basano su un’impalcatura bioingegnerizzata per dare al corpo un modello per il tessuto fresco. Ma nessuno di questi approcci ha funzionato, anche in combinazione.

“La cartilagine ricresciuta non si comporta come la cartilagine nativa. Si rompe, sotto le normali sollecitazioni dell’articolazione”, ha dichiarato il bioingegnere di UConn Thanh Nguyen.

Il laboratorio di Nguyen ha anche lavorato sulla rigenerazione della cartilagine e ha scoperto che i segnali elettrici sono fondamentali per una crescita normale. Gli scienziati hanno progettato un’impalcatura tissutale composta da nanofibre di acido poli-L lattico (PLLA), un polimero biodegradabile spesso usato per ricucire ferite chirurgiche. Il nanomateriale ha una proprietà precisa chiamata piezoelettricità. Quando viene schiacciato, produce una piccola scarica di corrente elettrica.

Il movimento regolare di un’articolazione, come una persona che cammina, può far sì che lo scaffold del PLLA generi un campo elettrico debole ma costante che incoraggia le cellule a colonizzarlo e a crescere in cartilagine. Nessun fattore di crescita esterno o cellule staminali (che sono potenzialmente tossiche o rischiano eventi avversi indesiderati) sono necessari e, soprattutto, la cartilagine che cresce è meccanicamente robusta.

Il team ha recentemente testato l’impalcatura nel ginocchio di un coniglio ferito. Al coniglio è stato permesso di saltare su un tapis roulant per fare esercizio dopo l’impianto dell’impalcatura e, proprio come previsto, la cartilagine è ricresciuta normalmente.

 “La piezoelettricità è un fenomeno che esiste anche nel corpo umano. Osso, cartilagine, collagene, DNA e varie proteine ​​hanno una risposta piezoelettrica. Il nostro approccio alla guarigione della cartilagine è altamente clinicamente traslazionale e esamineremo il relativo meccanismo di guarigione“, ha affermato Il dottor Yang Liu, un borsista post-dottorato nel gruppo di Nguyen e l’autore principale del lavoro pubblicato.

I risultati sono entusiasmanti, ma Nguyen è cauto: “Questo è un risultato affascinante, ma dobbiamo testarlo su un animale più grande, uno con una taglia e un peso più vicini a un essere umano”, ha spiegato Nguyen. Il suo laboratorio vorrebbe osservare gli animali trattati per almeno un anno, probabilmente due, per assicurarsi che la cartilagine sia durevole. E sarebbe l’ideale testare gli scaffold PLLA anche su animali più anziani.

L’artrite è normalmente una malattia della vecchiaia negli esseri umani. Gli animali giovani guariscono più facilmente dei vecchi: se l’impalcatura piezoelettrica aiuta anche gli animali più anziani a guarire, potrebbe davvero essere una svolta nella bioingegneria.

L’artrite, o malattia articolare, è l’infiammazione di una o più articolazioni, come ginocchia, nocche, polsi o caviglie. L’artrite inizia come un’infiammazione articolare ma può evolvere in dolore articolare, gonfiore e rigidità. Esistono più di 100 diversi tipi di artrite con cui è possibile diagnosticare qualcuno, ma i due tipi più comuni sono l’artrite reumatoide e l’osteoartrite.

L’artrite viene in genere diagnosticata dopo una serie di esami fisici, esami del sangue e radiografie. I medici cercheranno i sintomi fisici dell’artrite e quindi eseguiranno test per determinare che tipo di artrite ha qualcuno. I raggi X possono diagnosticare l’artrosi e verificare la presenza di anomalie come gli speroni ossei, mentre gli esami del sangue possono verificare la presenza di anticorpi che indicano altri tipi di artrite.

Più di 350 milioni di persone hanno l’artrite a livello globale (Global RA Network, 2021).Negli Stati Uniti, 1 adulto su 4 soffre di artrite (Centers for Disease Control and Prevention, 2020). Si stima che entro il 2040, 78 milioni di adulti negli Stati Uniti avranno l’artrite ( Arthritis & Rheumatology , 2016).

Fino al 3% della popolazione mondiale soffre di artrite psoriasica (National Psoriasis Foundation, 2020).La fibromialgia colpisce 4 milioni di adulti statunitensi (CDC, 2020). Più di 1 milione di americani ha il lupus (Lupus Foundation of America, 2016).

Circa 1 bambino su 1.000 sviluppa un qualche tipo di artrite cronica (American College of Rheumatology, 2019).L’artrite giovanile colpisce ogni anno quasi 300.000 bambini di età inferiore ai 16 anni negli Stati Uniti (Arthritis Foundation, 2021). L’artrite idiopatica giovanile è il disturbo reumatologico cronico infantile più comune (Società ortopedica pediatrica del Nord America, 2021).

Il 60% delle persone che soffrono di artrite ha un’età compresa tra 18 e 64 anni (CDC, 2020).Quasi il 50% degli anziani di età pari o superiore a 65 anni soffre di artrite (CDC, 2018). Solo il 7% delle persone di età compresa tra 18 e 44 anni soffre di artrite (CDC, 2018).Il 29% delle persone di età compresa tra 45 e 64 anni soffre di artrite (CDC, 2018).

Le donne hanno tre volte più probabilità di contrarre l’artrite reumatoide rispetto agli uomini (Medscape, 2021). Il 60% delle persone con osteoartrosi sono donne (Summit Orthopaedics, 2019). Gli uomini hanno maggiori probabilità rispetto alle donne di sviluppare l’artrite prima dei 55 anni, ma più donne che uomini sviluppano l’artrite dopo i 55 anni (Intermountain Healthcare, 2016). Le donne hanno il 40% di probabilità in più di sviluppare l’artrosi del ginocchio rispetto agli uomini (Arthritis Health, 2021). Le donne riferiscono più dolore dall’artrite rispetto agli uomini (Arthritis Health, 2021).

“L’artrite si osserva negli adulti di età superiore ai 65 anni“, ha specificato Tom Biernacki , DPM, chirurgo e podologo certificato per il piede e la caviglia a Berkley, nel Michigan. “È più comune nelle persone molto attive, come le persone che stanno in piedi tutto il giorno al lavoro. Altri fattori di rischio includono le persone in sovrappeso e le persone che hanno una massa muscolare inferiore rispetto al loro peso corporeo”.

” Sfortunatamente, quando invecchiamo, in media diventiamo più pesanti e i nostri muscoli si indeboliscono. Ciò comporterà una maggiore usura della cartilagine e, infine, sfregamento osso su osso. Questo alla fine raggiunge la maggior parte delle persone che sviluppano fattori di rischio sufficienti”.