Как это ни парадоксально, чтобы регенерировать, коленный хрящ должен подвергаться механической нагрузке, как это бывает всякий раз, когда мы делаем шаг, и наши колени принимают наш вес. При такой стимуляции клетки хряща вырабатывают рецепторы, чувствительные к факторам роста, вырабатываемым организмом. Также именно в этот момент они будут наиболее восприимчивы к лекарствам.
Работая на этой основе, Доминик Пиолетти и Харм-Антон Клок из EPF в Лозанне разработали интеллектуальный материал, который выделяет вещество только при механической нагрузке.
Пороговый эффект
Как они описывают в недавней публикации, их материал представляет собой матрицу гидрогеля, наночастицы липосомного типа и, наконец, полезную нагрузку — в данном случае краситель. При циклической механической нагрузке матрица гидрогеля нагревается.
При нагревании диаметр липосом значительно уменьшается. Это освобождает пространство в матрице, увеличивает ее проницаемость и способствует высвобождению красителя из матрицы. «Одной из основных трудностей была разработка наночастиц, отвечающих нашим требованиям», — объясняет Доминик Пиолетти. «По сути, для того, чтобы концепция работала, их реакция на процесс нагрева должна иметь очень четкий порог между двумя-тремя степенями, которые разделяют статическое и стимулированное состояния."
Затем исследователи хотели убедиться, что на самом деле это был процесс нагрева, возникающий в результате повторения механической нагрузки, которая вызвала высвобождение красителя. Во время первоначального эксперимента материал подвергался циклической механической нагрузке, но выделяемое тепло отводилось, чтобы предотвратить любое локальное повышение температуры в материале. «Этот тест позволил нам исключить функцию губчатого типа, при которой краситель выделялся только в результате давления», — объясняет Доминик Пиолетти.
Во время второго эксперимента наночастицы были удалены. Матрица нагревается, как и ожидалось, из-за циклической механической нагрузки, но краситель не выделяется. Исследователи пришли к выводу, что три элемента композитного материала необходимы для того, чтобы система в целом функционировала должным образом.
Долгосрочные перспективы Хотя исследователи смогли продемонстрировать обоснованность своей концепции, Доминик Пиолетти подчеркивает, что до будущего лечения еще далеко. «Прежде всего нам необходимо разработать безопасный и биоразлагаемый гидрогель и наночастицы, прежде чем переходить к клиническим испытаниям. И, прежде всего, нам нужно найти партнеров, заинтересованных в инвестировании в наш проект."