Advanced bone tissue engineering using biodegradable polymers as scaffold and drug release system

Huidige therapieën voor het herstellen of vervangen van verloren gegaan of beschadigd botweefsel kennen een aantal beperkingen. Daarom wordt binnen de regeneratieve geneeskunde/ tissue engineering gezocht naar alternatieven om botdefecten te genezen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van 3 componenten: 1) een 3-dimentionale scaffold, 2) cellen en 3) groeifactoren. Centraal staat de scaffold, als matrix waarin cellen kunnen groeien en het nieuwe botweefsel kan worden gevormd. Daarnaast kan deze matrix tevens gebruikt worden om groeifactoren af te geven die het proces van botvorming kunnen sturen. Hierbij is het essentieel om de afgifte te reguleren zodat de groeifactoren op het juiste tijdstip en in de juiste concentratie aanwezig zijn.
Het doel van dit AGIKO project was om een nieuwe scaffold te ontwerpen die gebruikt kan worden als matrix voor celgroei en de mogelijkheid heeft gecontroleerd groeifactoren af te geven. De scaffolds werden vervaardigd uit injecteerbare polymeren zoals gelatine en poly(propylen fumaraat) (PPF) die na injectie in een mal uitharden tot een stevige matrix. Voor de afgifte van groeifactoren werd gebruik gemaakt van micropartikels. Deze micropartikels konden gemakkelijk worden ingebouwd in de matrix door ze voor injectie toe te voegen. Het afgifteprofiel van groeifactoren kon worden gevarieerd door de karakteristieken van de micropartikels aan te passen.
In de verschillende studies wordt aangetoond dat groeifactoren zoals BMP-2 en VEGF met een verschillende snelheid uit de scaffold kunnen worden afgegeven. Tevens wordt aangetoond dat de groeifactoren hun bioactiviteit behouden na afgifte en dat het afgegeven BMP-2 in staat is de botvorming te stimulerden en een botdefect te genezen. De botvormende capaciteit van de verschillende geteste scaffolds was groot en was het grootst bij micropartikel/PPF scaffolds die BMP-2 over een periode van 6 weken afgaven. Toevoeging van VEGF aan deze scaffolds resulteerde in een synergistisch effect van beide groeifactoren op de botvorming.
Aangezien de botvorming wordt geïnitieerd door de afgegeven groeifactoren en het even duurt voordat er bot kan worden aangetoond, zijn tevens nieuwe niet-invasieve technieken getest om beide processen in vivo te kunnen bestuderen. Door nucleaire geneeskundige technieken te combineren met radiologische beeldvorming van bot konden beide processen over een langere periode worden gemeten. Samen met de mogelijkheid om het afgifteprofiel van een scaffold aan te passen, zijn deze nieuwe meetmethoden van essentieel belang voor de verdere optimalisatie van het afgifteprofiel van groeifactoren uit de scaffold matrix.
Onze huidige kennis wat betreft de werking en rol van de verschillende groeifactoren die betrokken zijn bij bot regeneratie is zeer beperkt. De mogelijkheid om de het afgifte profiel te variëren en deze in vivo te meten zal in de toekomst helpen om deze kennis te vergroten. Hierbij kan de concentratie, timing, ratio en volgorde van de verschillende groeifactoren verder worden geoptimaliseerd wat van belang is voor toekomstige klinische toepassingen van de groeifactoren.