Wissenschaftler haben Knorpelzellen so konstruiert, dass sie unter Stress ein entzündungshemmendes Medikament produzieren.
Das Medikament blockierte die zerstörerischen Wirkungen von Entzündungen, was das Potenzial des Ansatzes unterstreicht. In Zukunft könnten Knorpel- und Ersatzgewebe so „gestaltet“ werden, dass sie sich gegen Abstoßung wehren.
Warum den Knorpel „programmieren“, sich selbst zu heilen
Gelenke wie die in den Knien und Händen sind auf Knorpelgewebe angewiesen, um zu verhindern, dass Knochen aneinander reiben. Ein lebenslanger Verschleiß kann zu Knorpelabbau und der schmerzhaften Erkrankung Osteoarthritis führen.
Symptome einer Arthrose können Gelenkschmerzen, Steifheit und Schwellungen sein. Hunderte Millionen Erwachsene auf der ganzen Welt leben mit dieser Krankheit. Derzeit gibt es keine Behandlungen, um das Fortschreiten zu verhindern oder umzukehren.
Die Forscher interessierten sich dafür, im Labor neuen Knorpel zu züchten, um ihn in die Gelenke implantieren zu können. Gelenke mit Arthritis enthalten jedoch viele Moleküle, die chronische Entzündungen fördern. Diese Entzündung, zusätzlich zu der körperlichen Belastung durch normale Bewegung, es kann auch Ersatzknorpel schnell zerstören.
Forschung
Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Farshid Guilak der Washington University in St. Louis untersuchten, ob Knorpelzellen so konstruiert werden können, dass sie sich selbst vor Entzündungen schützen. In einer Proof-of-Concept-Studie veränderte das Team Knorpelzellen von Schweinen ein entzündungshemmendes Molekül zu produzieren, wenn Sie gestresst sind.
Die Ergebnisse waren veröffentlicht in Science Advances.
Die Forscher identifizierten zuerst ein Protein namens TRPV4 in der Knorpelzellmembran, die unter Druck Veränderungen innerhalb der Zellen erkennt. Sie fanden heraus, dass TRPV4 durch eine Veränderung der Flüssigkeit in den Zellen, die als osmotische Belastung bezeichnet wird, aktiviert wird. Das Protein kann auch durch mechanische Kräfte ausgelöst werden.
Die Reaktion ist bemerkenswert
Das Team zeigte, dass TRPV4 als Reaktion auf Stress spezifische genetische Pfade in Knorpelzellen aktiviert, die mit Entzündungen und Stoffwechsel in Verbindung stehen.
Forscher haben diese genetischen Schaltkreise modifiziert ein entzündungshemmendes Molekül zu produzieren wird als Interleukin-1-Rezeptorantagonist (IL-1Ra) bezeichnet. Zellen mit diesen Schaltkreisen wurden dann kultiviert, um Knorpel zu bilden.
Selbstheilender Knorpel
Wenn die Zellen mechanischen Kräften oder osmotischen Belastungen ausgesetzt sind, werden sie konstruiert produzierte IL-1Ra. Der Zeitpunkt und die Dauer der Produktion hingen vom verwendeten genetischen Kreislauf ab.
Dies deutet darauf hin, dass die Produktion angepasst werden könnte, indem verschiedene Zellwege genutzt werden, die zu unterschiedlichen Zeiten ein- und ausgeschaltet werden. Knorpel das dank Biotechnik es produziert „Heilmittel“ zu verschiedenen Zeiten und als Reaktion auf verschiedene Arten von Aufforderungen.
Schließlich testeten die Forscher, ob die IL-1Ra-Produktion Knorpelzellen in einer entzündlichen Umgebung schützen kann. Eine ähnliche Umgebung wie bei Arthrose.
Sie setzten den manipulierten Knorpel daher drei Tage lang sowohl einem entzündlichen Molekül als auch einer osmotischen Belastung aus.
Wer es alleine macht, macht drei
Am Ende dieser Zeit brach der Knorpel zusammen, der kein IL-1Ra produzierte. Umgekehrt behielt der Knorpel, der das Molekül produzierte, seine Struktur und Stärke bei.
Diese Ergebnisse demonstrieren die Fähigkeit, lebendes Gewebe so zu manipulieren, dass es seine eigenen therapeutischen Medikamente produziert. „Wir glauben, dass diese Strategie es uns ermöglichen könnte, Zellen so zu programmieren, dass sie Therapien als Reaktion auf eine Vielzahl von medizinischen Problemen liefern“, sagt Guilak.
