Kreatori nove „žive“ zamene za koleno objašnjavaju zašto je ova tehnologija potrebna i kako funkcioniše

Zamislite da dobijete zamenu kolena napravljenu od živih materijala, umesto metalnih i plastičnih. Istraživači sa Univerziteta Kolumbija i Univerziteta Misurija rade na ostvarenju te vizije.

Njihov 3D štampani implantat za koleno, nazvan NOVAKnee, sastavljen je od biorazgradive osnove sa kosti i hrskavicom dobijenim iz matičnih ćelija. Ideja je da, kad se nađe u telu, ta osnova postepeno nestaje dok je zamenjuju nova kost i hrskavica koje će se integrisati u skelet pacijenta.

Preporučujemo

Konvencionalni implantati kolena traju do 20 godina i, idealno, ugrađuju se u kasnijem odraslom dobu, kad je verovatno da će pacijentu biti potreban samo jedan implantat do kraja života. To ostavlja mlađe pacijente sa malo opcija. Ako implantat dobiju ranije, verovatno će im kasnije biti potrebna još jedna operacija. Ako, pak, čekaju, provešće godine sa bolom i ograničenom pokretljivošću.

NOVAKnee bi mogla biti bolja opcija za ove pacijente. Implantat je testiran kod laboratorijskih miševa, u eksperimentima gde je malena verzija postavljena ispod kože da bi se videlo kako telo reaguje. Uskoro će biti testiran na većim životinjama u eksperimentima koji oponašaju funkcionisanje zamene kolena kod ljudi. Još nije saopšteno o kom tipu životinje se radi.

Ako sve bude kako treba, kreatori se nadaju da će prve probe na ljudima početi već 2028. godine. Live Science je razgovarao sa tvorcima nove tehnologije.

– Koji su problemi sa konvencionalnim implantatima koje NOVAKnee treba da reši?

Konvencionalne zamene kolena, metalni i plastični implantati, zapravo funkcionišu vrlo dobro. Međutim, ograničeni su na 15 do 20 godina, u suštini dok ne otkažu, iz pespektive materijala. Ako niste blizu poslednjih nekoliko decenija života, verovatno ćete živeti duže nego vaš implantat, što znači da vam biti potrebna ugradnja drugog implantata.

Kad implantat zakaže, lekar mora da ga ukloni bez uništenja postojeće kosti. Takođe, mora se napraviti veći otvor radi ubacivanja novog implantata.

Kod starijih pacijenata, prilikom ponovne implantacije imate posla sa slabijom kosti ili većim gubitkom koštane mase nego kod mlađih pacijenata. To nosi veći rizik od labavosti, nestabilnosti implantata u zglobu kolena i veći rizik od neuspeha.

Dakle, ako ste mlađi pacijent kome nedostaje mnogo anatomske površine hrskavice, većina hirurga će vam reći da sačekate i da uzimate lekove za ublažavanje bola dok ne budete stariji da biste dobili zamenu kolena.

Cilj je da se ljudi vrate normalnoj funkciji i ne osećaju bol. Jedan od izazova je napraviti živu verziju zamene kolena koja bi mogla biti vaša poslednja zamena kolena i trajati duže od trenutnih implantata.

– Da bi bi NOVAKnee mogao biti koristan i za starije pacijente sa implantatom?

To nije baš potpuno jasno. Podaci treba da pokažu koje populacije pacijenata će imati najviše koristi. Postoji prilika da se pomogne mlađim odraslim osobama koje su trenutno bez opcija — osim injekcija i privremenih mera za kontrolu bola i onesposobljenosti.

– U pogledu operacije, da li ova zamena kolena treba da bude kao obična?

Trebalo bi da bude veoma slična…U smislu komercijalizacije, prihvatamo ulogu ortopedskog hirurga u ovom procesu pošto nudimo živu verziju nečega s čim su već upoznati.

– Da li bi teorijski bilo moguće postići nešto slično bez implantata, npr. uvođenjem matičnih ćelija direktno u zglob kolena?

Drugi projekti rade na injekcijama za regeneraciju kosti i hrskavice. Trenutno nema ničega komercijalno dostupnog što može da zadovolji te zahteve. Većina proizvoda na tržištu služi za ublažavanje bola, bez obzira na mehanizam — od viskosuplementacije, kad u suštini ubrizgavate želatinastu supstancu u koleno, do kortikosteroida. To maskira glavni problem – propadanje zgloba.

Što se injekcija tiče, ne zna se kako će ti proizvodi funkcionisati ako imate ozbiljno oštećenje zglobne površine, gde se kosti zgloba sreću, a gde većina hrskavice nedostaje. U takvim slučajevima, nešto poput onoga što mi predlažemo može biti prikladnije, jer možda imate ili nemate vremena da se to tkivo ponovo razvije ako ste u situaciji „kost-na-kost“.

Na početku smo se šalili da, teorijski, ako injekcije budu delotvorne, to bi nas ostavilo bez posla. Ipak, mnogo ljudi već ima implantate — konvencionalne — i ako oni zakažu i budu potrebni novi, naš proizvod bi i dalje imao ulogu.

– Kako je dizajnirana osnova implantata?

Cilj je da izazove kontrolisanu i dobro definisanu reakciju — i da se zatim vremenom razgradi, što će rezultirati komponentama prirodnim za telo, koje se potom razlažu putem normalnih mehanizama. Pokušali smo da na bazi toga napravimo nešto što izgleda kao koleno i funkcioniše kao koleno, ali nije permanentan materijal kao metal i plastika.

– Gde nastupaju matične ćelije?

Razvijamo dve verzije tehnologije. Jedna od njih će biti sa ćelijama samog pacijenta. Izolovali bismo matične ćelije od pacijenta i iskoristili to za stvaranje ćelija hrskavice i kosti. Te ćelije zatim vraćamo na osnovu i implantiramo.

S druge strane, postoje situacije kad pacijent možda nije dobar kandidat za autoterapiju ili regenerativni potencijal nije zadovoljavajući. Tad možemo razmotriti korišćenje ćelija drugih ljudi — donorskih ćelija pripremljenih putem istih mehanizama. Treba bolje da definišemo ko je odgovarajući kandidat za koju terapiju. Trenutno smo u fazi istraživanja i razvoja.

– Koliko bi kod čoveka trebalo vremena za razgradnju osnove i samostalno funkcionisanje novih ćelija?

To je vrlo teško precizno predvideti. Urađena su istraživanja o biorazgradnji i o sintezi matriksa (rast kosti i hrskavice), i postoje neke ideje o tome kako se to dešava. Međutim, studije su rađene samo na životinjama.

Imamo neku predstavu o tome koliko matriksa se sintetiše i koliko razgradnje se dešava kad je implantat u telu, ali ne nužno u kolenu. Takođe ne znamo kako mehaničko opterećenje, upotreba implantata u kolenu, utiče na obim razgradnje i količinu sintetizovanog matriksa. To su veoma važna pitanja na koja želimo da dobijemo odgovore kako bismo modifikovali pristup ukoliko je potrebno, radi popravljanja potencijalnih nedostataka.

U našim velikim, prekliničkim studijama na životinjama, koristimo model artritisa. Dakle, u suštini ćemo izazvati osteoartritis kod životinja i onda primeniti živi implantat. To će bolje simulirati šta se klinički dešava kod ljudi.

– Pošto zvuči da bi ispitivanja na ljudima mogla početi prilično brzo, da li se već pripremate za njih?

Mnogi ljudi su izrazili interesovanje širom zemlje i inostranstva i pitali da li da odlože zamenu kolena da bi mogli da učestvuju u našem ispitivanju. Naravno, još ne možemo da odgovorimo na to, ali cenimo entuzijazam i interesovanje. Imamo formular koji treba da bude postavljen na naš vebsajt, tako da ljudi mogu da prate napredak projekta.

Iako smo zatrpani tehničkim istraživanjem i radimo na detaljima da bismo obezbedili najbolju nauku za razvoj ove tehnologije, veoma je osvežavajuće čuti potrebe običnih ljudi koji nam govore koliko im je potrebna ovakva stvar.

– Postoje li neki obrasci među ljudima koji se javljaju? Da li su to uglavnom mlađi pacijenti koji čekaju buduću zamenu kolena, na primer?

Ima dosta takvih. Previše su mladi i čekanje ima smisla. Možda njihovo stanje nije baš loše, ali ipak doživljavaju mnogo bola i neugodnosti. Neki od njih su morali da odustanu od određenih aktivnosti ili sportova koje su voleli.

Osim toga, neki ljudi jednostavno ne žele strane predmete u sebi. Teorijski, ako sve ovo bude uspešno — i imate ćelije od sebe samih, ako se sve asimiluje kako treba — na kraju to postaje vaša sopstvena kost i hrskavica.

– Šire gledano, da bi ova nova tehnologija mogla biti korisna za druge zamene zglobova?

Da je bilo do nas, ne bismo odabrali koleno. Razumem zašto je tako odlučeno jer je u tom pogledu potreba najveća. Međutim, iz mehaničke perspektive i sa stanovišta funkcije zgloba i opsega pokreta, to je verovatno jedan od najnezgodnijih.

U tom smislu, želimo i imamo viziju da ovo bude platforma koja bi se mogla razviti za druge velike zglobove ili čak neke manje, zavisno od funkcije i potrebe. Nadamo se da ćemo jednog dana raditi na tome.

– Da ste mogli da birate, s kojim zglobom biste počeli?

Jedan od naših saradnika nam je rekao da je palac veoma važan, a trenutno ne postoji baš dobra tehnologija. Iako se čini da je u pitanju vrlo mali zglob, on zapravo trpi mnoge snažne sile, ali je opseg pokreta ograničeniji. To bi moglo biti nešto na čemu smo mogli raditi.

Svi vole da imaju sposobnost da hvataju stvari kao pincetom pomoću kažiprsta i palca. I svi ćemo dobiti vrlo ozbiljan osteoartritis palca zbog toliko tipkanja poruka. To je problem, a sa starenjem populacije samo će se pogoršavati.

(Telegraf Nauka/Live Science)