Keratyna pozyskiwana z wełny. Nowy materiał do regeneracji kości?

Naukowcy wykazali, że keratyna pozyskiwana z wełny może stać się skuteczną i bardziej zrównoważoną alternatywą dla materiałów obecnie stosowanych w odbudowie uszkodzonej tkanki kostnej. Wyniki badań sugerują, że nowy biomateriał nie tylko wspiera regenerację kości, ale także pozwala uzyskać tkankę bardziej zbliżoną do naturalnej, zdrowej kości niż rozwiązania uznawane dziś za standard.

Keratyna jest głównym składnikiem budulcowym wełny, stanowiąc aż do 95% jej masy. Jest to białko fibrylarne (włókniste), które nadaje wełnie wytrzymałość, elastyczność oraz specyficzną strukturę.

Badania nad potencjalnym zastosowaniem keratyny w regeneracji tkanki kostnej przeprowadził zespół naukowców z King’s College London. W badaniach na modelach zwierzęcych materiał na bazie wełny skutecznie wspierał wzrost nowej kości w obszarach uszkodzeń.

– Jesteśmy bardzo podekscytowani, że po raz pierwszy udało się z powodzeniem przetestować materiał oparty na wełnie w żywym organizmie do naprawy kości – podkreśla dr Sherif Elsharkawy z Faculty of Dentistry, Oral & Craniofacial Sciences w King’s College London.

Oprócz obiecujących właściwości regeneracyjnych, materiał ma również istotną przewagę środowiskową. Wełna jest surowcem naturalnym, odnawialnym i powszechnie traktowanym jako odpad przemysłu rolniczego, co czyni ją zasobem łatwo dostępnym oraz skalowalnym.

Czy keratyna może zastąpić kolagen?

Od dekad „złotym standardem” wśród rusztowań biomateriałowych wykorzystywanych w medycynie regeneracyjnej i stomatologii pozostaje kolagen. Membrany kolagenowe pełnią funkcję bariery ochronnej – zapobiegają wrastaniu tkanek miękkich w miejsce gojenia, jednocześnie umożliwiając odbudowę kości.

Kolagen nie jest jednak rozwiązaniem pozbawionym wad. Charakteryzuje się stosunkowo niewielką wytrzymałością mechaniczną i może ulegać zbyt szybkiej degradacji, co stanowi problem zwłaszcza w przypadku rekonstrukcji kości narażonych na duże obciążenia lub wzmożone działanie sił. Dodatkowo, proces jego pozyskiwania jest kosztowny i technologicznie złożony.

– Z perspektywy naukowej to przełomowy moment. Keratyna może stać się nową klasą biomateriałów regeneracyjnych, zdolną podważyć wieloletnią dominację kolagenu – ocenia dr Sherif Elsharkawy.

Od laboratorium do badań in vivo

W ramach projektu badacze opracowali membrany z keratyny ekstrahowanej z wełny, które następnie poddano obróbce chemicznej w celu uzyskania stabilnych i trwałych rusztowań biomateriałowych.

W pierwszym etapie membrany testowano na ludzkich komórkach kostnych w warunkach laboratoryjnych. Komórki wykazywały dobrą żywotność i wyraźne oznaki prawidłowego tworzenia tkanki kostnej.

Następnie membrany wszczepiono szczurom z ubytkami kości czaszki na tyle dużymi, że nie mogły ulec samoistnemu wygojeniu. Przez kilka tygodni monitorowano proces regeneracji oraz zdolność materiału do wspierania wzrostu nowej kości.

Choć membrany kolagenowe doprowadziły do powstania większej ilości tkanki kostnej, rusztowania keratynowe pozwoliły uzyskać kość o lepszej organizacji strukturalnej i większej stabilności mechanicznej. Włókna były lepiej uporządkowane, a także bardziej zbliżone do architektury naturalnej, zdrowej kości.

Membrany dobrze integrowały się również z otaczającymi tkankami i pozostawały stabilne przez cały proces gojenia – cechy kluczowe dla przyszłych zastosowań klinicznych. – Skutecznie zademonstrowaliśmy działanie tej technologii w modelu zwierzęcym, co oznacza, że nie jest to już jedynie wczesna koncepcja materiałowa. Pokazaliśmy, że keratyna może wspierać regenerację kości w żywym układzie biologicznym, znacząco przybliżając tę technologię do zastosowania u pacjentów – podsumowuje dr Sherif Elsharkawy.

Źródło: https://www.kcl.ac.uk

Jednym z najczęściej przeprowadzanych zabiegów przygotowawczych przed leczeniem implantoprotetycznym są przeszczepy kości. Skuteczność tego typu zabiegów zależy m.in. od zastosowanego materiału. – Różnica między materiałem autogennym pochodzącym od pacjenta, materiałami allogennymi z banków tkanek oraz materiałami alloplastycznymi to przede wszystkim obecność tzw. białka morfogenetycznego kości, którego nie zawierają materiały alloplastyczne. Oczywiście jeśli podczas zabiegu dołożymy do nich materiał zawierający czynniki wzrostowe, to proces i tak może okazać się bardzo efektywny – mówi prof. dr hab. n. med. Andrzej Wojtowicz, kierownik Zakładu Chirurgii Stomatologicznej WUM, jeden z prekursorów implantologii w naszym kraju, promotor wielu prac doktorskich, autor licznych publikacji naukowych, członek m.in. Ogólnopolskiego Stowarzyszenia Implantologii Stomatologicznej oraz European Association of Dental Implantology.