Scheletul inspirat de coral îmbunătățește repararea oaselor prin reprogramarea celulelor imune
Sindromul de osteonecroza non-traumatică (SONFH) este una dintre cauzele principale ale osteonecrozei. Această afecțiune este raportată la 9%-40% dintre pacienții care primesc terapie cu glucocorticoizi pe termen lung sau în doze mari, progresând cu slăbirea capului femural și putând duce la colapsul articulației, ceea ce face repararea eficientă a osului o provocare clinică majoră.
Deși decompresia centrală este tratamentul standard pentru bolile în stadiu incipient, aceasta nu poate restabili complet repararea osului, deoarece inflamația persistentă împiedică vindecarea țesutului afectat.
Pentru a aborda această problemă, o echipă de cercetare condusă de Dr. Yan Xiong din cadrul Departamentului de Ortopedie al Universității Medicale Armatei din China, Dr. Meng Tian de la Departamentul de Neurochirurgie și Laboratorul de Cercetare în Neurochirurgie al Universității Sichuan, și Dr. Pengde Kang din Departamentul de Ortopedică al Universității Sichuan, a raportat o strategie promițătoare axată pe un scaffold inspirat de coral, imprimat 3D, destinat reprogramării imune. Aceștia au dezvoltat un scaffold din nanotuburi de carbon cu pereți multipli (MWCNT) și nano-hidroxiapatită (nHA) pentru a îmbunătăți repararea osului prin reprogramarea celulelor imune.
„Tratamentul actual oferă în principal suport structural, dar nu abordează microambientul imun patologic care împiedică regenerarea osului. Strategia noastră de reprogramare imună inspirată de coral oferă o nouă abordare pentru a viza acest microambient și a promova repararea osului”, afirmă Dr. Xiong.
Unul dintre obstacolele majore în procesul de vindecare în SONFH este o „înghețare imună” – o stare inflamatorie persistentă în care macrofagele, celulele imune care coordonează de obicei repararea țesutului, rămân blocate într-o stare pro-inflamatorie (M1) în loc să treacă la starea M2, care repară țesutul. Aceasta duce la persistența inflamației, la afectarea formării de noi vase de sânge și la dificultăți în regenerarea osului afectat chiar și după intervenții chirurgicale.
Inspirată de structura poroasă ierarhică a coralului, echipa a dezvoltat un scaffold imprimat 3D care combină proprietățile de reglare imună ale MWCNT cu caracteristicile minerale asemănătoare osului ale nHA. Componenta MWCNT a fost concepută pentru a încuraja macrofagele să treacă la starea reparativă M2, în timp ce componenta nHA oferă o matrice minerală biomimetică care susține atașarea, creșterea și diferențierea celulelor formatoare de os. Cercetătorii au evaluat scaffold-ul atât prin experimente celulare in vitro, cât și prin modele de iepuri in vivo de SONFH.
Rezultatele au arătat că scaffold-ul a reușit să schimbe macrofagele din starea inflamatorie M1 în starea reparativă M2, reducând răspunsurile inflamatorii și creând un mediu mai favorabil pentru vindecare. Această reprogramare imună a promovat migrarea și diferențierea osteogenică a celulelor stem mezenchimatoase din măduva osoasă și a îmbunătățit angiogeneza, formarea de noi vase de sânge care furnizează oxigen și nutrienți țesutului regenerant. Comparativ cu scaffold-urile convenționale, scaffold-ul inspirat de coral a îmbunătățit, de asemenea, formarea de os nou și reconstrucția defectelor osoase în modelul animal.
Analizele ulterioare au relevat că aceste efecte au fost asociate cu activarea căii de semnalizare PI3K-AKT, care reglează mai multe procese celulare implicate în repararea țesutului. Prin combinarea reglării imune cu suportul structural, scaffold-ul a abordat una dintre principalele bariere biologice care limitează regenerarea osului în SONFH, sugerând că modificarea microambientului imun local poate fi la fel de importantă ca repararea osului în sine.
„Tehnica de reprogramare imună inspirată de coral propusă în acest studiu oferă o nouă strategie pentru a viza reglarea microambientului patologic în SONFH. Deși sunt necesare studii suplimentare înainte de aplicarea clinică, descoperirile noastre oferă o bază pentru dezvoltarea terapiilor regenerative care îmbunătățesc repararea osului prin restaurarea unui mediu imun pro-regenerativ”, concluzionează Dr. Tian.
