Bagaimana Ilmuan Menumbuhkan Kembali Tulang Rawan dengan Piezoelektrik?

Arthritis atau radang sendi adalah penyakit umum yang disebabkan oleh tulang rawan yang memindunginya rusak atau hilang karena cidera dan usia. Saat tulang rawan memburuk, tulang menjadi bergesekan dengan tulang lainnya dan aktivitas sehari-hari seperti berjalan menjadi sangat menyakitkan.

Perawatan terbaik yang tersedia yaitu mencoba mengganti tulang rawan yang rusak dengan bagian sehat yang diambil dari bagian tubuh lain atau donor. Masalahnya, tulang rawan yang sehat jumlahnya terbatas selain itu Jika itu milik Anda sendiri, mencangkoknya bisa melukai tempat asalnya; jika itu dari orang lain, sistem kekebalan Anda bisa saja akan menolaknya.

Solusi terbaik yang mungkin adalah menumbuhkan kembali tulang rawan yang sehat di sendi yang rusak itu sendiri. Beberapa peneliti sebelumnya telah mencoba memperkuat faktor pertumbuhan kimia untuk mendorong tubuh menumbuhkan tulang rawan dengan sendirinya; upaya lain bergantung pada perancah bioengineered untuk memberikan tubuh template untuk jaringan segar. Tapi selama ini tak satu pun dari pendekatan tersebut bekerja.

“Tulang rawan yang tumbuh kembali tidak berperilaku seperti tulang rawan asli. Itu rusak, di bawah tekanan normal dari sendi,” kata bioengineer University of Connecticut, Thanh Nguyen.

Laboratorium Nguyen kini telah bekerja pada regenerasi tulang rawan, dan mereka menemukan bahwa sinyal listrik adalah kunci untuk pertumbuhan normal. Mereka merancang perancah jaringan yang terbuat dari nanofibers poly-L lactic acid (PLLA), polimer biodegradable yang sering digunakan untuk menjahit luka bedah. Nanomaterial ini memiliki properti rapi yang disebut piezo-listrik, saat diremas, menghasilkan sedikit semburan arus listrik. Gerakan sendi yang teratur, seperti orang yang berjalan, dapat menyebabkan perancah PLLA menghasilkan medan listrik yang lemah namun stabil yang mendorong sel untuk mengakuisasinya dan tumbuh menjadi tulang rawan. Tidak diperlukan faktor pertumbuhan luar seperti sel punca (yang berpotensi beracun atau berisiko menimbulkan efek samping yang tidak diinginkan), dan yang terpenting, tulang rawan yang tumbuh kuat secara mekanis.

Tim baru-baru ini menguji perancah di lutut kelinci yang terluka. Kelinci diizinkan untuk naik treadmill untuk berolahraga setelah perancah ditanamkan, dan seperti yang diperkirakan, tulang rawan tumbuh kembali secara normal.

Piezoelektrik adalah fenomena yang juga ada dalam tubuh manusia. Tulang, tulang rawan, kolagen, DNA, dan berbagai protein memiliki respons piezoelektrik. Pendekatan kami untuk menyembuhkan tulang rawan sangat translasi secara klinis, dan kami akan melihat mekanisme penyembuhan terkait,” kata Yang Liu, seorang rekan postdoctoral dalam kelompok studi Nguyen yang didukung oleh NIH (hibah # R21EB024787 dan R21AR078744).

“Ini adalah hasil yang menarik, tetapi kita perlu menguji ini pada hewan yang lebih besar,” yang memiliki ukuran dan berat lebih dekat dengan manusia, kata Nguyen. Laboratoriumnya ingin mengamati hewan yang dirawat setidaknya selama satu tahun, mungkin dua tahun, untuk memastikan tulang rawannya tahan lama. Dan akan ideal untuk menguji perancah PLLA pada hewan yang lebih tua juga. Arthritis biasanya merupakan penyakit usia lanjut pada manusia. Hewan muda lebih mudah sembuh daripada yang tua — jika perancah piezoelektrik membantu hewan yang lebih tua juga sembuh, itu benar-benar bisa menjadi terobosan bioteknologi.

Jurnal Refrensi:

• Yang Liu, Godwin Dzidotor, Kristin Morgan, Eli J. Curry, Thinh T. Le, Tra Vinikoor, Ritopa Das, Aneesah McClinton, Ellen Eisenberg, Khanh T. M. Tran, Pooja Prasad, Tyler J. Flanagan, Seok-Woo Lee, Lorraine N. Apuzzo, Ho-Man Kan, Meysam T. Chorsi, Kevin W. H. Lo, Cato T. Laurencin, Thanh D. Nguyen. 2022. Exercise-induced piezoelectric stimulation for cartilage regeneration in rabbits. Science Translational Medicine, 2022; 14 (627) DOI: 10.1126/scitranslmed.abi7282