Eiwitten als hulpmiddelen voor botreparatie

Wanneer William Murphy, universitair hoofddocent in de biomedische technologie en orthopedie en revalidatie aan de universiteit van Wisconsin-Madison, werkt met enkele van de krachtigste instrumenten in de biologie, is zijn benadering om instrumenten te ontwikkelen die bij elkaar passen. De structuren zijn vergelijkbaar met dopsleutels die in elkaar worden gezet om een ??moer van drie kwart-inch in een beperkte ruimte te draaien, of om een ??bout van een inch los te maken met een zeer overtuigende hendel die stevig is vastgeroest.
De gereedschappen van Murphy zijn echter geen dopsleutels, maar eiwitten, die veel flexibeler zijn dan dopsleutels en ook ongeveer 100 miljoen keer kleiner zijn en terwijl een uiteinde van zijn modulaire instrument kan worden verbonden met bot, kan het andere uiteinde de groei van bot, kraakbeen of bloed stimuleren schepen.
Darilis Suarez-Gonzalez en Jae Sung Lee van het Murphy-lab zullen hun bevindingen presenteren tijdens de Orthopedic Research Society-bijeenkomst in San Francisco, die aantoont dat orthopedische implantaten die "dip-gecoat" zijn met modulaire groeifactoren, de groei van botten en bloedvaten bij schapen kunnen stimuleren.
Jarenlang zijn medische wetenschappers geïntrigeerd door groeifactoren, d.w.z. eiwitten die weefselgroei kunnen stimuleren, maar deze factoren kunnen ofwel te effectief of niet voldoende specifiek zijn en daarom resulteren in kanker in plaats van gecontroleerde groei die nodig is voor genezing.
Murphy wil de unieke voordelen van deze modulaire aanpak gebruiken voor het genezen of regenereren van botten, pezen en ligamenten, en met name bij vervangingsoperaties nadat een kunstgewricht is losgemaakt of gefaald. Door groeifactoren in de buurt van een nieuw implantaat te plaatsen door tijdelijke botten te stimuleren, kunnen artsen mogelijk kortere helingstijden en een goed strak gevecht bereiken.
Een andere optie zou kunnen zijn om ligamenten weer aan te sluiten op bot na sportblessures en grote botdefecten te genezen tijdens spinale fusie, gezichtsreconstructie of trauma. Murphy werkt in samenwerking met twee universitair hoofddocenten orthopedie en revalidatie aan de School of Medicine and Public Health en zegt:

"Ben Graf richt zich op knieblessures in de sportgeneeskunde en David Goodspeed, een luitenant-kolonel in het leger die tijdens meerdere reizen in Irak explosie-verwondingen heeft gezien, werkt aan de soort van grote traumatische wond waarvan we denken dat deze mogelijk te behandelen is met deze aanpak."

Murphy zegt dat het functionele einde van de modulaire structuur een fragment van een groeifactor kan bevatten, maar niet het volledige eiwit. Hij gaat door:

"Vaak wil je gewoon de specifieke regio's die de signaleringsroutes activeren, omdat dat de kansen op het stimuleren van ongewenste groei, zelfs kanker, kan verkleinen."

Aan de andere kant kan Murphy een verankeringsmolecuul plaatsen dat zich bindt aan het bot en voorkomt dat de modulaire structuur wegtrekt van de wond.
Hij legt de modulaire aanpak uit en zegt dat "je misschien botvorming zonder de bijwerkingen kunt stimuleren." We proberen de stimulatie buiten het botdefect te verminderen, in een poging deze moleculen te ontwerpen om specifiek nieuw bot te genereren in een defect, en om daar te blijven. "
Murphy voerde dierproeven uit samen met Mark Markel, een hoogleraar diergeneeskunde, die aantoonde dat het bot dichter rond het implantaat zit en dat de samensmelting tussen implantaat en bot duurzamer is dan de nieuwste modern geproduceerde orthopedische technieken. Bovendien zijn de toegevoegde groeifactoren niet elders in het dier gedetecteerd.

Door elke sectie van het molecuul afzonderlijk te engineeren, kunnen hun eigenschappen naar behoefte worden aangepast. Murphy zegt:

"We kunnen vergelijkbare eiwitstructuren nemen en moduleren, als we een molecuul willen dat heel sterk bindt aan het oppervlak van een bottransplantaat, kunnen we dat doen. Als we een molecuul willen dat vrijkomt boven controleerbare tijdsframes, kunnen we dat doen als goed."

Murphy is zich ervan bewust dat veel obstakels overwonnen moeten worden bij het nemen van een belangrijke stap om van het lab naar de kliniek te gaan en zegt:

"We hebben aangetoond dat dit kan werken in een groot, klinisch relevant diermodel, maar realistisch gezien, zie ik dat dit de komende vijf jaar niet in de kliniek wordt gebruikt."

Murphy's benadering is geïnspireerd door de biologie. Hij probeert niet de normale communicatie tussen cellen en weefsels nauwkeurig te kopiëren, met vermelding van:

"We zijn niet geïnteresseerd in het specifiek nabootsen van een bepaalde structuur of functie, maar de natuur gebruikt een verscheidenheid aan fundamentele mechanismen tijdens ontwikkeling en regeneratie, en we nemen hier lessen uit en ontwerpen synthetische systemen om vergelijkbare resultaten te bereiken.We herhalen de natuur niet, maar we zijn geïnspireerd door de natuur. "

Geschreven door Grace Rattue