Imitare la cartilagine articolare presente nell’anca e nel ginocchio è una sfida della medicina rigenerativa attuale. La cartilagine, infatti, è ciò che rendere lineare il movimento delle articolazioni e ne riduce il danno. La sua riduzione può causare dolore, ridurre la funzione delle articolazioni stesse e portare all’artrite. Attualmente, una potenziale soluzione è quella di impiantare scaffolds artificiali costituiti da proteine che aiutano la cartilagine a rigenerarsi mentre gli scaffolds si biodegradano. La riparazione della cartilagine articolare rappresenta un’importante sfida medica perché non si può rigenerare autonomamente.
La rigenerazione è legata a quanto bene uno scaffolds può imitare le proprietà biologiche della cartilagine. Fino ad oggi, i ricercatori hanno lottato per combinare le proprietà apparentemente incompatibili di rigidità e tenacità. Una nuova ricerca delinea un metodo per caratterizzare queste proprietà in un hydrogel biodegradabile.
Gli scaffolds di cartilagine biodegradabile devono trovare un delicato equilibrio in quanto devono essere sia resistenti che duri, ossia devono imitare la cartilagine vera e propria. Meccanicamente, quando si considera un oggetto rigido, questo è resistente alla deformazione, ciò di solito significa che l’oggetto in questione è fragile, ossia quando lo si piega si causa una rottura come accade con il vetro. Quando, invece l’oggetto è rigido e resiste alla rottura anche quando lo si piega, risulta comunque troppo fragile a determinate sollecitazioni ed ambienti. Questo è il caso degli scaffolds attuali che sono composti da proteine, il che crea una mancata corrispondenza tra ciò di cui le cellule hanno bisogno e ciò che viene fornito.
Nello studio si è sviluppato un nuovo approccio per irrigidire un hydrogel proteico senza sottovalutarne la tenacità, aggrovigliando fisicamente le catene di una particolare proteina che costituisce la rete dell’hydrogel. Queste catene aggrovigliate possono muoversi, il che consente all’energia, ad esempio di essere dissipata. Inoltre, si è combinato questo con un metodo esistente di piegatura e dispiegamento delle proteine.
L’hydrogel risultante è super duro, in grado di resistere all’intaglio con un bisturi ed è più rigido di altri hydrogel proteici. La sua capacità di resistere alla compressione è tra le più alte raggiunte da tali hydrogel e supera favorevolmente il confronto con la vera cartilagine articolare. Inoltre, dopo la compressione il nuovo hydrogel ha recuperato rapidamente la sua forma, come fa la vera cartilagine.
Nei conigli in cui si è impiantato l’hydrogel risultano visibili segni notevoli di riparazione della cartilagine articolare 12 settimane dopo l’impianto; non si sono rilevati segni di hydrogel rimanente o di rifiuto da parte del sistema immunitario degli animali. I ricercatori, inoltre, hanno rilevato una crescita del tessuto osseo molto simile a quella del tessuto esistente. Si è osservata anche la rigenerazione del tessuto vicino alla cartilagine esistente per i conigli a cui si è impiantato l’hydrogel.
È interessante notare che una versione più rigida dell’hydrogel ha avuto risultati migliori di una versione più morbida, probabilmente a causa della maggiore rigidità che è più compatibile con i tessuti ossei e cartilaginei. Tuttavia, in caso di troppa rigidità si è rilevato che l’hydrogel non ha funzionato così bene, probabilmente a causa della sua più lenta degradazione nel corpo. Questo dimostra quanto sia complessa questa area di ricerca e la necessità di prendere in considerazione i molti diversi fattori fisici e biochimici quando si progettano questi scaffolds.
Risultano necessari ulteriori sperimentazioni sugli animali, questo perché la sperimentazione è prematura sull’essere umano. Infatti, non sono ancora noti eventuali effetti avversi. In futuro, i ricercatori puntano alla definizione corretta della composizione dell’hydrogel e all’aggiunta di ulteriori segnali biochimici per promuovere con ottimi risultati la rigenerazione cellulare. In conclusione, ottimizzando contemporaneamente i segnali biochimici con quelli biomeccanici sarà possibile valutare se queste nuovi scaffolds potranno portare a risultati ancora più efficienti.
