Forscher haben zweidimensionale mineralische Nanopartikel entwickelt, um dem Körper eine Behandlung zur Knorpelregeneration zu ermöglichen
Osteoarthritis ist eine degenerative Erkrankung, von der weltweit 630 Millionen Menschen betroffen sind, das sind fast 15 Prozent der gesamten Weltbevölkerung. Bei Arthrose beginnt der Knorpelabbau in unserem Knochen und dies kann den darunter liegenden Knochen schädigen und Schmerzen und Steifheit verursachen, insbesondere in Knie-, Hüft- und Daumengelenken. Die Häufigkeit dieser Erkrankung nimmt mit zunehmendem Alter zu. Behandlungen für Arthrose umfassen Medikamente, Physiotherapie und Ergotherapie, die hauptsächlich auf die Linderung von Schmerzsymptomen ausgerichtet sind. Um diesen Zustand vollständig zu behandeln, müssen beschädigte Gelenkgewebe repariert werden. Diese Reparatur ist kompliziert und schwierig, da Knorpelgewebe im Knochen schwer zu regenerieren ist. Da die Weltbevölkerung altert, werden sofort neue wirksame Behandlungen für Arthrose benötigt.
Wachstumsfaktoren Protein
Eine mögliche Behandlung von Osteoarthritis beinhaltet das Design und die Abgabe von Proteintherapeutika, dh Proteine, die im Labor zur therapeutischen Verwendung hergestellt werden. Proteintherapeutika haben in den letzten Jahrzehnten viele Krankheiten stark beeinflusst. Eine solche Klasse von Proteinen wird als Wachstumsfaktoren bezeichnet, die lösliche sekretierte Proteine sind. Unser Körper ist zur Selbstheilung fähig und dieser Prozess kann durch die künstliche Anwendung von Wachstumsfaktoren unterstützt werden, um die an der Selbstheilung beteiligten Prozesse zu verbessern. Die meisten der bekannten Wachstumsfaktoren werden jedoch schnell abgebaut und daher ist eine sehr hohe Dosierung erforderlich, um eine therapeutische Wirkung zu erzielen. Studien haben Nebenwirkungen hoher Dosierungen wie Entzündungen und unkontrollierte Gewebebildung gezeigt. Auch die Anwendung von Wachstumsfaktoren ist hauptsächlich aufgrund des Mangels an effizienten Abgabesystemen oder Biomaterialträgern sehr begrenzt. Wachstumsfaktoren zusammen mit effizienten Biomaterialabgabesystemen sind in der regenerativen Medizin, die Gewebereparatur und -regeneration umfasst, von entscheidender Bedeutung.
Eine neue Arthrosebehandlung auf Basis von Nanosilikaten
Forscher der Texas A&M University, USA, wollten eine neuartige Behandlung für die Knorpelregeneration entwickeln, indem sie zweidimensionale (2D) mineralische Nanopartikel entwickelten, die zur Bereitstellung von Wachstumsfaktoren verwendet werden könnten. Diese Nanopartikel (oder Nanosilikate) besitzen zwei Schlüsseleigenschaften – große Oberfläche und doppelte Ladung –, die eine einfachere Anlagerung von Wachstumsfaktoren ermöglichen. Nanosilikate zeigen eine höhere Bindungswirksamkeit an Wachstumsfaktoren, ohne die 3D-Konformation des Proteins oder seine biologische Funktion zu beeinträchtigen. Sie ermöglichen eine länger andauernde Abgabe (mehr als 30 Tage) von Wachstumsfaktoren an menschliche mesenchymale Stammzellen, die dann zur Regeneration des Knorpels verwendet werden, indem sie eine verstärkte Differenzierung der Stammzellen in Richtung Knorpel induzieren. Die verstärkte Differenzierung bestätigt die hohe Aktivität des freigesetzten Proteins und das auch bei einer zehnfach niedrigeren Konzentration im Vergleich zu aktuellen Therapien, die eine viel höhere Dosis verwenden.
Diese Studie veröffentlicht in ACS Applied Materials & Interfaces zeigt ein nanotechnologisches System – eine auf Nanoton basierende Plattform, bei der Nanosilikate als Transportvehikel verwendet werden können, um eine nachhaltige Abgabe von Proteintherapeutika zur Behandlung von Osteoarthritis zu ermöglichen. Ein solches biomaterialbasiertes Abgabesystem könnte eine effiziente Behandlung von Osteoarthritis gewährleisten, indem es die Gesamtkosten senkt und negative Nebenwirkungen minimiert. Diese neuartige Bereitstellungsplattform kann aktuelle orthopädische Regenerationsstrategien stärken und einen Einfluss auf die regenerative Medizin haben.
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Quelle (n)
Cross LM et al 2019. Nachhaltige und verlängerte Abgabe von Proteintherapeutika aus zweidimensionalen Nanosilikaten. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 https://doi.org/10.1021/acsami.8b17733
