PHB/CHIT Scaffold as a Promising Biopolymer in the Treatment of Osteochondral Defects—An Experimental Animal Study

 


Karentovaný vedecký časopis Polymers, skupiny MDPI, zverejnil dňa 11. apríla 2021 pod názvom „Skafoldy z PHB/CHIT ako perspektívneho biopolyméru na liečbu osteochondrálnych defektov - experimentálna štúdia na zvieratách“ článok kolektívu autorov, medzi ktorými sa nachádzajú aj slovenskí vedci Jozef Živčák a Teodor Tóth z Technickej univerzity Košice, partnera projektu CEMBAM - Centrum medicínskeho bioaditívneho výskumu a výroby. Projekt je spolufinancovaný z Európskeho fondu regionálneho rozvoja. Prinášame abstrakt článku v anglickej aj slovenskej verzii.




Autori: Eva Petrovová, Marek Tomčo, Katarína Holovská, Ján Danko, Lenka Kresáková, Katarina Vdoviaková, Veronika Simaiová, Filip Kolvek, Petra Hornáková, Teodor Tóth, Jozef Živčák, Peter Gál, David Sedmera, Lenka Luptáková, Ľubomir Medvecký.


Abstract (AJ): Biopolymer composites allow the creation of an optimal environment for the regeneration of chondral and osteochondral defects of articular cartilage, where natural regeneration potential is limited. In this experimental study, we used the sheep animal model for the creation of knee cartilage defects. In the medial part of thetrochlea and on the medial condyle of the femur, we created artificial defects (6 × 3 mm2) with microfractures. In four experimental sheep, both defects were subsequently filled with the porous acellular polyhydroxybutyrate/chitosan (PHB/CHIT) - based implant. Two sheep had untreated defects. We evaluated the quality of the newly formed tissue in the femoral trochlea defect site using imaging (X-ray, Computer Tomography (CT), Magnetic Resonance Imaging (MRI)), macroscopic, and histological methods. Macroscopically, the surface of the treated regenerate corresponded to the niveau of the surrounding cartilage. X-ray examination 6 months after the implantation confirmed the restoration of the contour in the subchondral calcified layer and the advanced rate of bone tissue integration. The CT scan revealed a low regenerative potential in the bone zone of the defect compared to the cartilage zone. The percentage change in cartilage density at the defect site was not significantly different to thereference area (0.06–6.4%). MRI examination revealed that the healingosteochondral defect was comparable to the intact cartilage signal on the surface of the defect. Hyaline-like cartilage was observed in most of the treated animals, except for one, where the defect was repaired withfibrocartilage. Thus, the acellular, chitosan-based biomaterial is a promising biopolymer composite for the treatment of chondral and osteochondral defects of traumatic character. It has potential for further clinical testing in the orthopedic field, primarily with the combination of supporting factors.


Abstrakt (SJ): Biopolymérne kompozity umožňujú vytvorenie optimálneho prostredia pre regeneráciu chondrálnych a osteochondrálnych defektov kĺbovej chrupavky, kde je obmedzený prirodzený regeneračný potenciál. V experimentálnej štúdii boli umelo vytvorené defekty v chrupavke kolena oviec. V mediálnej časti trochley a na mediálnom kondyle stehennej kosti sa pomocou mikrofraktúr vytvorili umelé defekty (6x3mm). U štyroch experimentálnych oviec sa obidva defekty následne naplnili poréznym acelulárnym implantátom na báze polyhydroxybutyrátu/chitosanu (PHB /CHIT). Dve ovce mali neošetrené defekty. Hodnotila sa kvalita novovytvoreného tkaniva v mieste defektu femorálnej trochley pomocou zobrazovacích metód (röntgen, počítačová tomografia (CT), zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI)), makroskopické a histologické metódy. Makroskopicky povrch upraveného regenerátu zodpovedal úrovni okolitej chrupavky. Röntgenové vyšetrenie 6 mesiacov po implantácii potvrdilo obnovenie kontúry v subchondrálnej kalcifikovanej vrstve a pokročilú rýchlosť integrácie kostného tkaniva. CT vyšetrenie odhalilo nízky regeneračný potenciál v kostnej zóne defektu v porovnaní so zónou chrupavky. Percentuálna zmena hustoty chrupavky v mieste defektu sa významne nelíšila od referenčnej oblasti (0,06–6,4%). MRI vyšetrenie odhalilo, že liečený osteochondrálny defekt bol porovnateľný s neporušenou chrupavkou na povrchu defektu.  Acelulárny biomateriál na báze chitosanu je teda sľubným biopolymérnym kompozitom na liečenie chondrálnych a osteochondrálnych defektov traumatického charakteru. Má potenciál na ďalšie klinické testovanie v ortopedickej oblasti, predovšetkým s kombináciou podporných faktorov.


Preložil a upravil: Teodor Tóth (TUKE).

Foto: P HB/CHIT biomaterial. (A)—Macroscopic design of the used scaffold for the filling of the osteochondral defect; (Makroskopický návrh použitého lešenia na výplň osteochondrálneho defektu), (B)— Microstructure of PHB/CHIT scaffold with pores (Mikroštruktúra PHB / CHIT lešenia s pórmi) (SEM), scale bar: 200 µm.

Zdroj: TUKE

Celý článok v anglickej verzii je voľne prístupný a nachádza sa na:
https://www.mdpi.com/2073-4360/13/8/1232