Hydroxyapatite-Based Scaffold Combined with 2 Polydeoxyribonucleotide (PDRN) Promotes Bone Regeneration in 3 a Rat Calvarial Critical-Size Defect Model

Quando un osso si rompe, il corpo di solito sa esattamente come ripararlo. Invia cellule nel sito, costruisce un ponte temporaneo e lo rimodella lentamente in osso forte e solido. Ma questo sistema di riparazione naturale ha un limite. Se un pezzo di osso è completamente mancante — forse a causa di un grave infortunio, della rimozione di un tumore o di un difetto congenito — il corpo non è in grado di colmare il vuoto da solo. Lo spazio rimane vuoto, riempito solo da tessuto cicatriziale tenero, lasciando la struttura debole e instabile. Per decenni, i chirurghi hanno cercato di risolvere questo problema prelevando osso sano da un'altra parte del corpo del paziente e innestandolo nel vuoto. Sebbene questo funzioni, richiede un secondo intervento chirurgico, causa dolore nel sito donatore e spesso non fornisce materiale sufficiente per ampi spazi. Ciò ha spinto gli scienziati a cercare alternative sintetiche: materiali che possano fungere da impalcatura temporanea, guidando le cellule del corpo stesso a ricostruire l'osso mancante senza la necessità di un secondo intervento.

La sfida consiste nel trovare un materiale che faccia più di un semplice riempimento dello spazio. Un buon sostituto deve essere abbastanza poroso da permettere a vasi sanguigni e cellule di crescervi all'interno, e deve essere chimicamente abbastanza simile all'osso naturale da incoraggiare il corpo ad accettarlo. Un candidato promettente è una ceramica fatta di idrossiapatite, lo stesso minerale che conferisce durezza alle nostre ossa. Tuttavia, la ceramica da sola può essere rigida e lenta nell'integrarsi con il tessuto vivente. Per migliorare questo aspetto, i ricercatori hanno iniziato a mescolarla con molecole biologiche che agiscono come segnali, dicendo alle cellule di crescere più velocemente e riparare i tessuti in modo più efficace. Una di queste molecole è la polideossiribonucleotide, o PDRN, una sostanza derivata dal DNA che si è dimostrata capace di aiutare la guarigione delle ferite e stimolare il flusso sanguigno. La grande domanda era se combinare questo segnale biologico con un tipo specifico di impalcatura ossea funzionasse meglio rispetto all'uso di uno solo dei due, e se la texture dell'impalcatura stessa fosse importante.

Un team di ricercatori dell'Ospedale Universitario della National University di Seoul si è posto l'obiettivo di rispondere a questo quesito testando diverse combinazioni in un modello animale controllato. Hanno creato un foro circolare preciso nel cranio di trenta ratti. Questo foro era abbastanza grande da non guarire mai da solo, imitando i difficili difetti di "dimensioni critiche" osservati nei pazienti umani. I ricercatori hanno diviso i ratti in cinque gruppi. Un gruppo non ha ricevuto alcun trattamento, fungendo da base di controllo per mostrare cosa accade quando non viene fatto nulla. Gli altri quattro gruppi hanno ricevuto un innesto osseo sintetico, ma con ingredienti diversi. Due gruppi hanno ricevuto un blocco del materiale ceramico, mentre gli altri due hanno ricevuto una versione di quella ceramica miscelata con collagene, una proteina che costituisce l'impalcatura morbida delle nostre ossa. All'interno di ciascuna coppia, un gruppo ha ricevuto la ceramica da sola e l'altro ha ricevuto la ceramica imbevuta di soluzione di PDRN.

Nel corso di otto settimane, i ricercatori hanno osservato come l'osso guariva. Hanno utilizzato immagini 3D ad alta risoluzione per misurare esattamente quanto nuovo osso si fosse formato per riempire il foro. I risultati hanno mostrato una chiara differenza tra i gruppi. I ratti che non hanno ricevuto alcun trattamento presentavano quasi nessuna nuova formazione ossea, con il foro che rimaneva per lo più riempito di tessuto molle. I ratti che hanno ricevuto i blocchi di ceramica sono andati meglio, riempiendo circa metà dello spazio con nuovo osso. I ratti che hanno ricevuto la ceramica miscelata con PDRN sono andati ancora meglio, ma il miglioramento più drammatico è arrivato dal gruppo che ha ricevuto la ceramica contenente collagene imbevuta di PDRN. In questo gruppo, il nuovo osso ha riempito quasi tre quarti del difetto, una quantità significativamente superiore rispetto a qualsiasi altro gruppo.

I ricercatori hanno anche esaminato la qualità del nuovo osso al microscopio. Nel gruppo con i risultati migliori, il nuovo osso non era solo un ammasso casuale di cellule; si era organizzato in una struttura matura e stratificata che assomiglia molto all'osso adulto sano. Ciò suggerisce che la combinazione dell'impalcatura di collagene e del segnale PDRN abbia fatto più che accelerare la crescita; ha aiutato l'osso a maturare correttamente. Lo studio ha rilevato che il collagene nell'impalcatura ha probabilmente giocato un ruolo chiave. Sebbene il blocco ceramico da solo fosse una piattaforma discreta per la crescita ossea, la versione con collagene sembrava creare un ambiente migliore per l'azione del PDRN. Sembra che il collagene abbia aiutato a mantenere il segnale biologico in posizione e abbia permesso un'interazione più efficace con le cellule che cercavano di ricostruire l'osso.

Questa ricerca suggerisce che il successo di un trattamento di riparazione ossea dipende non solo dagli ingredienti utilizzati, ma anche da come essi vengono assemblati. Semplicemente aggiungere una molecola curativa a una normale impalcatura non ha prodotto i risultati migliori. Invece, la specifica combinazione di un'impalcatura a base di collagene e del segnale PDRN ha creato un effetto sinergico, in cui il tutto è stato superiore alla somma delle sue parti. Le scoperte indicano che per i difficili difetti ossei, l'utilizzo di un'impalcatura che imiti la naturale struttura proteica dell'osso, combinata con un segnale biologico per stimolare la crescita, potrebbe offrire un'alternativa potente al prelievo di osso dal paziente stesso. Sebbene questi risultati siano stati osservati nei ratti e saranno necessari ulteriori test per confermare come ciò funzioni negli esseri umani, lo studio fornisce una via chiara per progettare materiali migliori per aiutare il corpo a guarire i suoi infortuni più ostinati.