Nanoframe laat kraakbeen weer groeien

Tot op heden zijn kraakbeenbeschadigingen in de knie, bijvoorbeeld door blessures of artrose nauwelijks te genezen. Onderzoekers hebben nu op konijnen een nieuwe aanpak getest: in het aangetaste gewricht implanteerden ze een biologisch afbreekbaar frame gemaakt van Nano vezels. Deze was zo ontworpen dat hij, aangedreven door de bewegingen van het konijn, een elektrische spanning opwekte. Dit stimuleert de cellen om nieuw kraakbeen te vormen. Bij de dieren die op deze manier werden behandeld, genas binnen één tot twee maanden na training het beschadigde kraakbeenweefsel bijna volledig. Nader onderzoek moet duidelijk maken in hoeverre een toepassing bij mensen overwogen kan worden.

Artrose is de meest voorkomende gewrichtsaandoening in Nederland en één van de belangrijkste oorzaken van chronische pijn. Slijtage en chronische gewrichtsontstekingen zorgen ervoor dat het kraakbeen in de gewrichten wordt afgebroken, zodat uiteindelijk bot tegen bot schuurt. Ontstekingsremmende pijnstillers kunnen de symptomen verlichten en de afbraak vertragen, maar niet ongedaan maken. Eerdere therapeutische benaderingen proberen het beschadigde kraakbeen te vervangen door een gezond stuk uit een ander deel van het lichaam. Het extractiepunt raakt echter gewond tijdens het proces. Pogingen om het kraakbeen in het beschadigde gewricht opnieuw te laten groeien, hadden het probleem dat het opnieuw gegroeide kraakbeen minder stabiel was dan het natuurlijke.

nanoframe

Nanoframe met elektrische activiteit

Een team onder leiding van Yang Lui van de Universiteit van Connecticut heeft nu een nieuwe aanpak getest die ook gericht is op het terug groeien van kraakbeen. Terwijl eerdere experimenten meestal chemische groeifactoren gebruikten, gebruikte het team van Luis in plaats daarvan elektrische signalen. Onderzoekers leggen uit dat “Studies hebben aangetoond dat kraakbeen reageert op elektrische stimulatie”. “Elektrische velden bevorderen weefselregeneratie.” De onderzoekers bouwden daarom een ​​frame van Nano vezels die bij mechanische belasting een elektrische spanning, de zogenaamde piëzo-elektriciteit, opwekt. Het materiaal dat ze gebruikten was poly-L-melkzuur, een biologisch afbreekbaar polymeer dat onder meer wordt gebruikt om operatiewonden te hechten.

Met de nieuw ontwikkelde kader slaagden ze er zelfs in om kraakbeen terug te laten groeien in een celcultuur. Om de effectiviteit ervan in echte gewrichten te testen, veroorzaakten de onderzoekers eerst ernstige kraakbeenschade in de knieën van verschillende konijnen, vergelijkbaar met die bij mensen met artrose. Vervolgens implanteerden ze het piëzo-elektrische nanoframewerk in de ene groep konijnen en een vergelijkbaar nanoframewerk zonder piëzo-elektrische activiteit in een andere groep. Een groep zonder implantaat diende als controlegroep.

Bijna volledige kraakbeenregeneratie

Na een herstelperiode van vier weken na de operatie lieten de onderzoekers de helft van de konijnen in elke groep een oefenprogramma volgen. De dieren kregen de kans om op een loopband te springen. De beweging zorgde ervoor dat het piëzo-elektrische materiaal in de konijnen met het juiste implantaat werd samengedrukt en uitgerekt, waardoor een zwak elektrisch veld werd gegenereerd. Na één tot twee maanden doodden de onderzoekers de konijnen en onderzochten in hoeverre het kraakbeen was hersteld.

Het resultaat: bij de dieren die een piëzo-elektrisch implantaat kregen en daarna trainden, was het beschadigde kraakbeen bijna volledig hersteld. Het maakte niet uit of de training een maand of twee maanden duurde. De onderzoekers leggen uit dat “Zelfs een training van een maand leidde tot aanzienlijke genezing van kraakbeen en liet weinig ruimte voor verdere verbetering”. Bij konijnen die geen piëzo-elektrisch implantaat hadden gekregen of niet waren getraind, was de genezing van kraakbeen daarentegen significant langzamer.

 

Verdere studies vereist

“Piëzo-elektriciteit is een fenomeen dat ook in het menselijk lichaam voorkomt. Bot, kraakbeen, collageen, DNA en verschillende eiwitten hebben een piëzo-elektrische respons. Onze benadering om kraakbeen te genezen is zeer klinisch overdraagbaar en we zullen de bijbehorende genezingsmechanismen onderzoeken”, zegt Liu. Voordat de resultaten echter daadwerkelijk in de praktijk kunnen worden vertaald, is nader onderzoek nodig. “Met ons onderzoek hebben we bewezen dat het concept in principe werkt”, zegt Liu’s collega Nguyen. “Het resultaat is fascinerend, maar we moeten het nog verifiëren bij grotere dieren, die qua grootte en gewicht dichter bij de mens staan. Bovendien moeten de dieren in toekomstige studies gedurende ten minste één jaar worden geobserveerd om de duurzaamheid van het kraakbeen te garanderen.

Bron: Yang Liu (University of Connecticut, VS) et al., Science Translational Medicine, doi: 10.1126/scitranslmed.abi7282

Dit vind je misschien ook leuk...

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.