Gli impianti "fatti dalle tue cellule" potrebbero porre fine al mal di schiena
I dolori alla schiena e al collo sono spesso il risultato del progressivo danneggiamento dei dischi che separano le vertebre spinali. Grazie alla nuova ricerca multidisciplinare, potremmo presto avere una soluzione migliore a questo problema: dischi bioingegnerizzati cresciuti dalle cellule di una persona.
La degenerazione del disco intervertebrale è un problema comune che colpisce un ampio segmento della popolazione.
In genere, i dischi intervertebrali sani funzionano assorbendo lo stress posto sulla colonna vertebrale mentre ci muoviamo e regoliamo la nostra postura in modo simile alle sospensioni di un'auto.
Se quei dischi si consumano, può causare dolore in varie aree della schiena o del collo di una persona.
Finora, i trattamenti per la degenerazione del disco intervertebrale includono la chirurgia di fusione spinale e la sostituzione dei dischi danneggiati con quelli artificiali.
Tuttavia, questi approcci portano benefici limitati perché non possono ripristinare la piena funzionalità dei dischi intervertebrali che sostituiscono.
Ora, un team di ricerca multidisciplinare della Perelman School of Medicine, School of Engineering and Applied Science e School of Veterinary Medicine dell'Università della Pennsylvania mira a risolvere questo problema sviluppando dischi intervertebrali bioingegnerizzati realizzati con le cellule staminali di un individuo.
Le cellule staminali sono cellule indifferenziate che hanno il potenziale per "trasformarsi" in cellule specializzate. Questo è il motivo per cui sono diventati il fulcro di molteplici studi di ricerca medica, compreso quello attuale.
I ricercatori dell'Università della Pennsylvania hanno lavorato negli ultimi 15 anni su modelli di dischi bioingegnerizzati - prima in studi di laboratorio, poi in studi su piccoli animali e, più recentemente, in studi su grandi animali.
“Questo è un passo importante: far crescere un disco così grande in laboratorio, inserirlo nello spazio discale e poi farlo iniziare a integrarsi con il tessuto nativo circostante. È molto promettente ", afferma il prof. Robert L. Mauck, co-autore senior dell'attuale studio.
"L'attuale standard di cura non ripristina effettivamente il disco, quindi la nostra speranza con questo dispositivo ingegnerizzato è di sostituirlo in modo biologico e funzionale e di riguadagnare la piena libertà di movimento", aggiunge.
Finora gli studi sugli animali hanno avuto successo
In precedenza, i ricercatori hanno testato i nuovi dischi - chiamati "strutture a strati angolari simili a dischi" (DAPS) - nelle code di ratto per 5 settimane.
Nel nuovo studio, i cui risultati appaiono sulla rivista Medicina traslazionale scientifica, il team ha sviluppato ulteriormente i dischi ingegnerizzati. Hanno quindi testato di nuovo il nuovo modello - chiamato "DAPS modificato dalla piastra terminale" (eDAPS) - sui ratti, ma questa volta per un massimo di 20 settimane.
La nuova struttura del disco bioingegnerizzato consente di mantenere meglio la sua forma e di integrarsi più facilmente con il tessuto circostante.
A seguito di diversi test - scansioni MRI e diverse analisi approfondite di tessuti e meccaniche - i ricercatori hanno scoperto che, nel modello di ratto, eDAPS ripristinava efficacemente la struttura e la funzione del disco originale.
Questo successo iniziale ha motivato il team di ricerca a studiare eDAPS nelle capre e hanno impiantato il dispositivo nelle spine cervicali di alcuni animali. Gli scienziati hanno scelto di lavorare con le capre perché, come spiegano, i dischi cervicali spinali delle capre hanno dimensioni simili a quelle degli esseri umani.
Inoltre, le capre hanno una statura semi eretta, consentendo ai ricercatori di portare il loro studio un passo più vicino alla sperimentazione umana.
"Un ottimo motivo per essere ottimisti"
Anche i test dei ricercatori sulle capre hanno avuto successo. Hanno notato che l'eDAPS si integrava bene con il tessuto circostante e la funzione meccanica dei dischi corrispondeva almeno, se non superata, a quella dei dischi cervicali originali delle capre.
"Penso che sia davvero emozionante che siamo arrivati così lontano, dalla coda di topo fino agli impianti di dimensioni umane", afferma il dottor Harvey E. Smith, co-autore senior dello studio.
"Quando si guarda al successo nella letteratura dei dispositivi meccanici, penso che ci sia un'ottima ragione per essere ottimisti sul fatto che potremmo raggiungere lo stesso successo, se non superarlo con i dischi ingegnerizzati."
Dr. Harvey E. Smith
I ricercatori affermano che il prossimo passo includerà la conduzione di ulteriori e più estesi studi sulle capre, che consentiranno agli scienziati di capire meglio come funziona eDAPS.
Inoltre, il team di ricerca prevede di testare eDAPS in modelli di degenerazione del disco intervertebrale umano, sperando di avvicinarsi così di più alle sperimentazioni cliniche.
"C'è molta desiderabilità di impiantare un dispositivo biologico composto dalle proprie cellule", osserva il dottor Smith, aggiungendo che "L'utilizzo di un vero dispositivo sostitutivo di conservazione del movimento ingegnerizzato per i tessuti nell'artroplastica di questa natura non è qualcosa che noi hanno ancora fatto in ortopedia. "
"Penso che sarebbe un cambiamento di paradigma per il modo in cui trattiamo davvero queste malattie spinali e il modo in cui affrontiamo la ricostruzione delle articolazioni risparmiando il movimento", continua.
