Ny 3D-modell för att utvärdera biomaterial för benregenerering

Det finns ett stort behov av benersättning inom odontologi och ortopedi. Den nuvarande guldstandarden är så kallas autolog bentransplantation. Den innebär att friskt ben tas från en givare och implanteras där det behövs hos samma patient. Men mängden ben som kan tas är begränsad, och det finns en risk för infektion. Därför har andra metoder utforskats under de senaste 50 åren. Några exempel är att samla in celler från en patient för att växa i laboratoriet för att sedan implanteras, eller att skapa stödstrukturer som innehåller biomaterial som kan påverka beteendet hos de omgivande cellerna för att regenerera vävnader.

I sin avhandling studerar Luis Oliveros Anerillas och den forskargrupp han ingår i en uppsättning kommersiellt tillgängliga hydrogeler som kan användas för att skapa en laboratorieframställd matris där cellerna kan fästa och växa, och där processen för benbildning, osteogenes, kunde studeras för att optimeras för biomedicinska tillämpningar. Han har använt mesenkymala stamceller, MSC, en typ av stamcell som finns hos vuxna och som har förmågan att självförnya sig och differentiera till andra celltyper, främst till ben, fett och brosk.

Det första resultatet i avhandlingen var att typ I-kollagen var det optimala biomaterialet bland de som testades för inkapsling av MSC. Dessutom fann man att en specifik gen, MMP13, var högt uttryckt som en följd av kollageninkapslingen. Denna gen kodar för ett enzym som bryter ner kollagenmatrisen och har kopplats till vissa stadier av osteogenes.

Det nästa resultatet var optimeringen av differentieringsprotokollen för att ersätta djur-härlett tillskott som härstammade från lysat från blodplättar, PLT. Detta är en viktig aspekt eftersom alla tillämpningar av vävnadsodlade transplantat för mänsklig transplantation kräver att man följer strikta regler där inget xeno-härlett, det vill säga icke-mänskligt, material får användas vid transplantation.  I avhandlingen visas att PLT är ett idealiskt tillskott för att få cellerna att replikera och proliferera, men PLT var sämre än det xeno-härledda tillskottet för celldifferentiering.

Slutligen testades ett silikakalciumfosfatmaterial, som tillhandahölls av en svensk tillverkare, som antogs vara en kraftfull inducerare av osteogenes. Det visade sig att materialet var osteogent, icke-inflammatoriskt och att det fick MSC att aktivera blodkärlsbildning, vilket kan öka det potentiella kliniska utfallet av detta biomaterial.

Hela avhandlingen har utförts i en in vitro-miljö, utan djurförsök. MSC från kliniska isolat har använts, inkapslat dem i en typ I-kollagenmatris, studerat hur de differentierar till benvävnad och hur denna process kan optimeras. Modellen kan användas för att minska en stor del av djurförsöken som behövs för att utvärdera potentiella biomaterial för benregenereringsapplikationer.

Luis Oliveros Anerillas kommer från Huesca, Spanien. Han har en kandidatexamen i biologi från universitetet i Alcalá de Henares, Madrid, och en masterexamen i molekylärbiologi från Umeå universitet.