Βιοτεχνολογία - Από τις αγελάδες στα οστικά μοσχεύματα

Οι εκτρεφόμενες αγελάδες είναι πολύ αποτελεσματικές στην μετατροπή της φυτικής τροφής τους σε γάλα. Κατά μέσο όρο, μια αγελάδα τρώει περίπου 70 kg χόρτου ημερησίως και παράγει 18 λίτρα γάλα. Το γάλα και τα γαλακτοκομικά προιόντα που παράγονται από αυτό, καλύπτουν την εγχώρια ζήτηση και αποτελούν πηγή κέρδους όταν εξάγονται. Αλλά αυτά μέχρι σήμερα.
Τώρα οι επιστήμονες ερευνούν τις πιθανές χρήσεις και άλλων προιόντων του ζώου, ιδιαιτέρως του αίματος και των οστών, που είναι υποπροιόντα μικρής αξίας της βιομηχανίας κρέατος. Το αίμα που είναι μια δυνητική πρώτη ύλη παραγωγής βιοπλαστικών και τα οστά που έχουν βιοιατρική αξία-αποτελούν παραδείγματα του πως η επιστήμη και η τεχνολογική έρευνα μπορούν να προσθέσουν αξία σε υποπροιόντα ασήμαντης αξίας.


Το οστούν είναι χαμηλής αξίας υποπροιόν της βιομηχανίας κρέατος και έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή "βιουλικών"-ουσίες που έρχονται σε επαφή με ζωντανούς ιστούς με σκοπό την αποκατάσταση μιας βλάβης. Ορισμένες από τις εφαρμογές αυτών είναι σε προσθέσεις, για αντικατάσταση κατεστραμένων αρθρώσεων η χαμένου οστού, την πλήρωση οστικών ελλειμάτων, κατά την θεραπεία περιοδοντικών-ενδοστικών θυλάκων, κατά την ανύψωση του εδάφους του ιγμορείου άντρου προς δημιουργία οστού επαρκούς ύψους και εύρους για τοποθέτηση οδοντικών εμφυτευμάτων,κ.α..

Η έρευνα στο πεδίο της βιοιατρικής χρήσης των προιόντων του οστού τρέχει συνεχώς. Ο ερευνητής-οδοντίατρος Ματθαίος Παπακυρίτσης και η ομάδα του ερευνούν τη χρήση των βιουλικών στην επιδιόρθωση της οστικής απώλειας λόγω νόσου ή ατυχήματος, εργαζόμενοι στην ανάπτυξη ζωικών αλλομοσχευμάτων-οστικών υποκαταστάτων και μεμβρανών κατευθυνόμενης οστικής/ιστικής αναγέννησης. Επίσης στην εφαρμογή αυτών τόσο στη διατήρηση και αποκατάσταση των οστικών κενών(μετεξακτικών φατνίων), όσο και στην διατήρηση και αποκατάσταση των μεσοδόντιων ή μεσεμφυτευματικών ουλικών θηλών.
Ενώ τα ξενομοσχεύματα δεν περιέχουν ζωντανά κύτταρα( σε αντίθεση με το φυσικό οστούν που είναι ζωντανός ιστός), μπορούν να λειτουργήσουν σαν ένα ικρίωμα(δίκτυο) που υποστηρίζει την ανάπτυξη νέου οστού.

Ο οδοντίατρος/ερευνητής Ματθαίος Παπακυρίτσης

Τμήμα βόειου μηριαίου οστού & παρασκευασμένα οστικά τεμάχια ξενομοσχεύματος.

Διάφοροι τύποι οστικών ξενομοσχευμάτων και μια μεμβράνη οστικής/ιστικής αναγέννησης κολλαγόνου που αναπτύχθηκαν από τον Dr. Παπακυρίτση και την ομάδα της MeDeTech Biomaterials
Το οστούν συντίθεται από ένα σκελετό φωσφορικού ασβεστίου και κολλαγόνο(πρωτείνη). Εντούτοις, δεν είναι ομοιογενής ουσία. Υπάρχει μια εξωτερική σκληρή στιβάδα, που ονομάζεται φλοιώδες οστούν που περιβάλλει το μαλακό, εσωτερικό σπογγώδες οστούν. Ένα οστικό ξενομόσχευμα πρέπει να αναπαράγει αυτή τη δομή(μακροπορότητα/μικροπορότητα) για να είναι αποτελεσματικό. Επιπλέον, πρέπει να είναι βιοσυμβατό με τους ιστούς του σώματος, να είναι ικανό προς remodelling-επαναμορφοποίηση και να διαπερνάται από νέο οστούν - καθώς το μόσχευμα απορροφάται.

Η ομάδα του Dr. Παπακυρίτση εστίασε στην ανάπτυξη ξενομοσχευματικών υλικών από βόειο οστούν, καθώς αυτό είναι εύκολο να βρεθεί και-στην Ελλάδα τουλάχιστον-δεν έχουν αναφερθεί κρούσματα Σπογγώδους Εγκεφαλοπάθειας των Βοοειδών (BSE). Ερωτηθείς ο Dr. Παπακυρίτσης δήλωσε ότι "αυτή η έρευνα έχει τη δυνατότητα να παράξει πιο ανταγωνιστικά βιοτεχνολογικά προιόντα(medical devices) υψηλής προστιθέμενης αξίας, παρά την μετατροπή των οστών σε λίπασμα ή απόρριψη αυτών στο περιβάλλον με επακόλουθη επιβάρυνση αυτού ".

Για την μετατροπή του βόειου οστού σε ξενομόσχευμα, κύβοι του οστού κόβονται από την κεφαλή του μηριαίου οστού. Έπειτα υφίστανται μια μηχανική(ΒioClean) και χημική(DeImmune) διαδικασία με σκοπό την απομάκρυνση όλων των οργανικών ουσιών και διατήρηση του ανόργανου τμήματος με αδιατάρακτη την μακρο- και μικρο-πορότητα, στοιχεία απαραίτητα για την ανάπτυξη νέου οστού στην περιοχή τοποθέτησης του μοσχεύματος. Το οστικά ξενομοσχεύματα μπορούν να παραχθούν τόσο σε κύβους(blocks) συγκεκκριμένων διαστάσεων, όσο και σε σκόνη ποικίλλης κοκκομετρίας, που μπορεί είτε να χρησιμοποιηθεί ως μόσχευμα ή να ψεκασθεί σε επιφάνειες τεχνητών αρθρώσεων, βελτιώνοντας το δεσμό μεταξύ της τεχνητής άρθρωσης και του αναπτυσσόμενου νέου οστού.

Είναι αποτελεσματικά τα ξενομοσχεύματα?
Το 2007 μια ερευνητική εργασία ανέφερε τη χρήση τους σε ένα σκυλί labrador που έφερε μια οστική αλλοίωση στο δεξί του πόδι (Worth et al., 2007). Η συνήθης θεραπεία μιας τέτοιας οστικής βλάβης περιλαμβάνει παροχέτευση της κοιλότητος και αφαίρεση των κατεστραμένων ιστών(αφήνοντας μια οστική κοιλότητα), με ή χωρίς χρήση ενός οστικού μοσχεύματος.
Στην περίπτωση αυτού του ζώου, ο ιδιοκτήτης του έδωσε άδεια στην ερευνητική ομάδα του Massey University's Veterinary School να χρησιμοποιήσει βόειο ξενομόσχευμα σαν μέρος της θεραπείας. Το ξενομόσχευμα κόπηκε σε τέτοιο σχήμα ώστε να ταιριάξει στην καθαρισμένη οστική κοιλότητα του ποδιού του ζώου και τα κενά μεταξύ αυτού και του υγιούς οστού πληρώθηκαν με υγιές οστούν(αυτομόσχευμα) που συνελέγη από οστικές περιοχές του ζώου.
Δυο μήνες μετά την επέμβαση, οι ακτινογραφίες έδειξαν ότι παρήχθη νέο οστούν μέσα στην οστική κοιλότητα το οποίο συνδέθηκε με το ξενομόσχευμα. Μετά δέκα μήνες το οστούν είχε επουλωθεί πλήρως.

Προέλευση του οστού-Επεξεργασία
Το βόειο οστούν που χρησιμοποιείται από την ομάδα του Dr. Παπακυρίτση προέρχεται από πιστοποιημένες φάρμες εκτροφής ζώων καθώς επίσης από κτηνιατρικώς ελεγχόμενα υγιή ζώα συγκεκκριμένης ηλικίας.
Μετά την εκτροφή τους κάτω από αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες, τα ζώα ελέγχονται κτηνιατρικώς και θυσιάζονται.
Μετά την σφαγή του ζώου ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία:
1. Παραλαβή-Μεταφορά σε ειδικά δοχεία των τμημάτων του ζώου και φύλαξη αυτών σε συνθήκες βαθείας καταψύξεως.
2. Τα τμήματα του ζώου που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή των βιουλικών, καταγράφονται και χαρακτηρίζονται με συγκεκκριμένο αριθμό, ελέγχονται βιοχημικώς και μικροβιολογικώς. Τα αποτελέσματα των ελέγχων καταγράφονται σε ειδικό βιβλίο.Τυχόν αμφίβολα υλικά απορρίπτονται. Μετά την αποδεσμευσή τους υφίσταται την επόμενη επεξεργασία.
3. Μηχανικό καθαρισμό με τη διαδικασία BioClean κατά την οποία απομακρύνονται όλα τα οργανικά στοιχεία.
4. Χημική επεξεργασία με την διαδικασία DeImmune, κατά τη διάρκεια της οποίας αφαιρείται και εξουδετερώνεται κάθε αντιγονικό στοιχείο το οποίο θα μπορούσε να επηρεάσει τη βιοσυμβατότητα του τελικού προιόντος.
Η όλη διαδικασία παραγωγής των βόειων αλλομοσχευμάτων(BioClean & DeImmune) που ακολουθείται από την ομάδα του Dr. Παπακυρίτση, επιτρέπει τον πλήρη έλεγχο μετάδοσης μολυσματικών παραγόντων,όπως διαφόρων prions, φυματίωσης, κ.α.
5. Μετά την παραγωγή και συσκευασία των ξενομοσχευμάτων, αυτά αποστειρώνονται με γ-ακτινοβολία εξασφαλίζοντας πρόσθετο έλεγχο των λοιμώξεων.
6. Μετά την αποστειρωσή τους, τα μοσχεύματα μπορούν να φυλαχθούν σε θερμοκρασία δωματίου για 5 χρόνια χρησιμοποιούμενα κατά το διάστημα αυτό.
" Εκτός των οστικών ανόργανων ξενομοσχευμάτων έχουμε προχωρήσει και στην ανάπτυξη και άλλων τύπων βιοιατρικών συσκευών(medical devices), όπως μεμβρανών οστικής/ιστικής αναγέννησης κολλαγόνου, ανόργανων οστικών ξενομοσχευμάτων εμπλουτισμένων με κολλαγόνο, ξενομοσχευμάτων εμπλουτισμένων με αυξητικούς παράγοντες. Και δεν θα σταματήσουμε εκεί. Ιδιαίτερα μας απασχολεί η νανοτεχνολογία και η εφαρμογή αυτής στην οστική/ιστική αναγέννηση, ιδιαίτερα στο πεδίο της οδοντιατρικής και της γναθοπροσωπικής χειρουργικής" δήλωσε ο Dr. Παπακυρίτσης.

Κλινική αποτελεσματικότητα των οστικών ξενομοσχευμάτων
Η ομάδα του Dr. Παπακυρίτση, έχει χρησιμοποιήσει το βόειο ξενομόσχευμα σε οδοντιατρικούς ασθενείς και σε περιπτώσεις οστικών ελλειμάτων γύρω από οδοντικά εμφυτεύματα, σε πλήρωση ενδοστικών περιοδοντικών θυλάκων, σε περιπτώσεις ανυψώσεως του ιγμορείου άντρου και σε περιπτώσεις διατήρησης των μετεξακτικών φατνίων, με άκρως ενθαρρυντικά αποτελέσματα.
Έχει ιδιαίτερη σημασία να τονισθεί ότι τα μοσχεύματα χρησιμοποιήθηκαν χωρίς χρήση κάποιου είδους μεμβράνης οστικής-ιστικής αναγέννησης και η επιφανειά τους αφέθηκε εκτεθειμένη εντός της στοματικής κοιλότητος. Σε ορισμένες μόνο περιπτώσεις(όπως στα μετεξακτικά φατνία) τοποθετήθηκαν ράμματα για την συγκράτηση αυτών στη θέση τοποθέτησης. Παρόλα αυτά, κανένα μόσχευμα δεν επιμολύνθηκε. Όπου κρίθηκε απαραίτητο συνεστήθη λήψη αντιβίωσης.Επίσης,κανένας ασθενής εκδήλωσε αντιγονική αντίδραση ή απόρριψη των μοσχευμάτων. Αναμένεται ιστομορφομετρική μελέτη προκειμένου να καθορισθεί το ποσοστό και ο τύπος του νεοδημιουργηθέντος οστού.
Βιβλιογραφικές αναφορές:
A.J. Worth, K.G. Thompson, M.C. Owen, M.R. Mucalo & E.C. Firth (2007) Combined xeno/auto-grafting of a benign osteolytic lesion in a dog, using a novel bovine cancellous bone biomaterial. NZ Veterinary Journal 55(3): 143-148.