I ricercatori della Northwestern University sono i primi a progettare un nanomateriale bioattivo che promuova la crescita di nuova cartilagine in vivo e senza l'uso di costosi fattori di crescita. Minimamente invasivo, la terapia attiva le cellule staminali del midollo osseo e produce cartilagine naturale. Nessuna terapia convenzionale può farlo.

I risultati saranno pubblicati online la settimana del 1 febbraio dal Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ).

"A differenza dell'osso, la cartilagine non ricresce, e quindi le strategie cliniche per rigenerare questo tessuto sono di grande interesse, " ha detto Samuel I. Stupp, autore anziano, Consiglio Direttivo Professore di Chimica, Scienze dei materiali e Ingegneria, e Medicina, e direttore dell'Istituto per la BioNanotecnologia in Medicina. Innumerevoli persone - atleti dilettanti, gli atleti professionisti e le persone le cui articolazioni si sono appena consumate - imparalo fin troppo bene quando portano le loro ginocchia malate, spalle e gomiti a un chirurgo ortopedico.

La cartilagine danneggiata può portare a dolori articolari e perdita della funzione fisica e infine all'osteoartrite, un disturbo con un impatto economico stimato che si avvicina ai 65 miliardi di dollari negli Stati Uniti. Con una popolazione che invecchia e sempre più attiva, questa cifra è destinata a crescere.

"La cartilagine non si rigenera negli adulti. Una volta che sei completamente cresciuto hai tutta la cartilagine che avrai mai, " ha detto il primo autore Ramille N. Shah, assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering and Applied Science e assistente professore di chirurgia ortopedica presso la Feinberg School of Medicine. Shah è anche un membro della facoltà residente presso l'Institute for BioNanotechnology in Medicine.

Il collagene di tipo II è la principale proteina della cartilagine articolare, il liscio, tessuto connettivo bianco che ricopre le estremità delle ossa dove si uniscono per formare le articolazioni.

"Il nostro materiale di fibre nanoscopiche stimola le cellule staminali presenti nel midollo osseo a produrre cartilagine contenente collagene di tipo II e a riparare l'articolazione danneggiata, " Shah ha detto. "Una procedura chiamata microfrattura è la tecnica più comune attualmente utilizzata dai medici, ma tende a produrre una cartilagine con prevalentemente collagene di tipo I che è più simile al tessuto cicatriziale".

Il gel Northwestern viene iniettato come liquido nell'area dell'articolazione danneggiata, dove poi si autoassembla e forma un solido. Questa matrice extracellulare, che imita ciò che le cellule di solito vedono, lega per disegno molecolare uno dei più importanti fattori di crescita per la riparazione e la rigenerazione della cartilagine. Mantenendo concentrato e localizzato il fattore di crescita, le cellule della cartilagine hanno la possibilità di rigenerarsi.

Insieme a Nirav A. Shah, un chirurgo ortopedico di medicina dello sport ed ex residente ortopedico alla Northwestern, i ricercatori hanno impiantato il loro gel di nanofibre in un modello animale con difetti della cartilagine.

Gli animali sono stati trattati con microfratture, dove vengono praticati piccoli fori nell'osso sotto la cartilagine danneggiata per creare un nuovo apporto di sangue per stimolare la crescita di nuova cartilagine. I ricercatori hanno testato varie combinazioni:solo microfrattura; microfrattura e il gel di nanofibre con l'aggiunta di fattore di crescita; e microfrattura e il gel di nanofibre senza fattore di crescita aggiunto.

Hanno scoperto che la loro tecnica ha prodotto risultati molto migliori rispetto alla sola procedura di microfrattura e, ma ancora più importante, ha scoperto che l'aggiunta del costoso fattore di crescita non era necessaria per ottenere i migliori risultati. Anziché, a causa del design molecolare del materiale in gel, il fattore di crescita già presente nell'organismo è sufficiente per rigenerare la cartilagine.

La matrice doveva essere presente solo per un mese per produrre la crescita della cartilagine. La matrice, a base di molecole autoassemblanti note come peptidi anfifili, biodegrada in sostanze nutritive e viene sostituita dalla cartilagine naturale.