Strategija za izboljšanje kvalitete življenja in ortopedskega zdravljenja hrustančnih poškodb - Napredni 3D (bio)tiskani nosilci za tkivno regeneracijo

Lezije sklepnega hrustanca predstavljajo velik izziv za ortopede zaradi omejenega lastnega potenciala za celjenje. Trenutne možnosti zdravljenja, ki se uporabljajo v ortopedski praksi za zdravljenje hrustanca, dajejo nepredvidljive in pogosto nezadovoljive rezultate. Na mestu poškodbe se oblikuje fibrozno tkivo s slabšimi biokemičnimi in biomehanskimi lastnostmi v primerjavi z zdravim hrustančnim tkivom. Področje regenerativne medicine in hrustančnega tkivnega inženiringa je zbudilo izjemen interes, ker predstavlja alternativno strategijo za obnovo hrustančnega tkiva in obljublja izboljšan klinični izid. Najsodobnejši koncept razvoja hrustančnega tkiva združuje uporabo biokompatibilnih in biorazgradljivih nosilnih materialov (nosilcev), aplikacijo rastnih faktorjev, uporabo različnih vrst celic in mehanično stimulacijo. Pomemben vidik oblikovanja nosilcev predstavljajo primerne 3D matrike, ki delujejo kot začetna podpora celicam, da se pripnejo, razmnožijo in oblikujejo svoj značilen zunajcelični matriks. Mikrostruktura nosilcev, ki jih uporabljamo pri hrustančnem tkivnem inženiringu (npr. oblika, velikost por, poroznost in medsebojna povezljivost), lahko neposredno vpliva na vedenje nasajenih celic in je običajno povezana z mehaničnimi lastnostmi. Zato so se do danes uporabili različni materiali in tehnike za nadzorovanje omenjenih značilnosti nosilca. Zanimiv pristop pri oblikovanju nosilca predstavlja 3D (bio)tiskanje, ki omogoča izdelavo biokompatibilnih in biomehanično stabilnih nosilcev z nadzorovanimi dimenzijami por pri različnih oblikah. Manipulacija parametrov 3D (bio)tiskanja in njihova optimizacija, kot tudi primerna izbira materiala, omogoča izdelavo nosilca z želenimi arhitekturnimi značilnostmi. 3D (bio)tiskanje na osnovi polisaharidov in mešanic polisaharidov v kombinaciji s sintetičnimi materiali omogoča nov vpogled v sposobnost izgradnje hibridnega (bio)črnila. V okviru tega projekta bomo odvzeli, izolirali in karakterizirali humane celice sklepnega hrustanca, ki jih bomo pridobili iz kirurškega odpada po opravljeni totalni kolenski artroplastiki, izdelali bomo nosilce za hrustančni tkivni inženiring z zgoraj navedeno metodo in ustvarili tkivne konstrukte, ki jih bomo inkubirali pod mehansko stimulacijo (bioreaktorji). Naše tkivno hrustančne konstrukte bomo karakterizirali z uporabo različnih metod, npr. testom živosti celic, konfokalno mikroskopijo in histološko analizo za ocenjevanje sposobnosti preživetja celic, imunohistokemijo in izražanje specifičnih genov hrustanca (kolagen tipa 2, agrekan itd.) za ocenjevanje ohranitve fenotipa hrustanca. Dodatno bomo določili mehanske lastnosti in stopnjo razgradnje. Na ta način bomo razvili nove metode za učinkovito regeneracijo hrustanca, ki bi jih potencialno lahko uporabili v klinični praksi v prihodnosti. Z uspešnim zdravljenjem poškodb hrustanca lahko pričakujemo zmanjšano obolevnost za osteoartritisom in posledično izboljšano kakovost življenja pri ortopedskih bolnikih s hrustančno patologijo.