JetMedia Digital Agency

Ilmuwan Cambridge telah mengembangkan bahan seperti tulang rawan yang merasakan peradangan dan melepaskan obat-obatan justru kapan dan di mana mereka dibutuhkan.

Para ilmuwan di University of Cambridge telah menciptakan jenis bahan lunak baru yang dapat mendeteksi pergeseran kimia halus dalam tubuh dan memberikan obat tepat di lokasi masalah.

Zat seperti gel dapat diresapi dengan obat anti-inflamasi, yang dilepaskan ketika lingkungan sekitarnya menjadi sedikit lebih asam. Ini sangat berguna selama radang sendi radang sendi, ketika sendi yang meradang secara alami menunjukkan penurunan pH dibandingkan dengan jaringan sehat.

Ketika keasaman naik, material mengubah tekstur, berubah lebih lembut dan lebih lentur. Pergeseran itu bertindak sebagai sinyal, mendorong gel untuk melepaskan obat yang disimpan. Karena respons hanya terjadi dalam kisaran pH tertentu, pengobatan dapat ditargetkan langsung ke area yang meradang, menurunkan kemungkinan efek samping yang tidak diinginkan.

Potensi dalam pengobatan radang sendi

Jika digunakan sebagai tulang rawan buatan pada sendi rematik, pendekatan ini dapat memungkinkan pengobatan artritis yang terus menerus, meningkatkan kemanjuran obat untuk menghilangkan rasa sakit dan melawan peradangan. Arthritis mempengaruhi lebih dari 10 juta orang di Inggris, dengan biaya NHS diperkirakan £ 10,2 miliar per tahun. Di seluruh dunia diperkirakan mempengaruhi lebih dari 600 juta orang.

Sementara uji klinis yang luas diperlukan sebelum material dapat digunakan pada pasien, para peneliti mengatakan pendekatan mereka dapat meningkatkan hasil bagi orang dengan radang sendi, dan bagi mereka yang memiliki kondisi lain, termasuk kanker. Hasil mereka dilaporkan di Jurnal American Chemical Society.

Bahan yang dikembangkan oleh tim Cambridge menggunakan ikatan silang yang direkayasa dan reversibel dalam jaringan polimer. Sensitivitas tautan ini terhadap perubahan tingkat keasaman memberikan sifat material yang sangat responsif.

Materi ini dikembangkan dalam kelompok penelitian Profesor Oren Scherman di Departemen Kimia Yusuf Hamied Cambridge. Grup ini berspesialisasi dalam merancang dan membangun bahan -bahan unik ini untuk berbagai aplikasi potensial.

Menggabungkan sifat seperti tulang rawan dengan pengiriman obat

“Untuk sementara waktu sekarang, kami telah tertarik untuk menggunakan bahan -bahan ini dalam persendian, karena sifatnya dapat meniru tulang rawan,” kata Scherman, yang merupakan profesor kimia supramolekul dan polimer dan direktur Laboratorium Melville untuk sintesis polimer. “Tetapi untuk menggabungkannya dengan pemberian obat yang sangat ditargetkan adalah prospek yang sangat menarik.”

“Bahan -bahan ini dapat ‘merasakan’ ketika ada sesuatu yang salah dalam tubuh dan merespons dengan memberikan perawatan tepat di tempat yang dibutuhkan,” kata penulis pertama Dr Stephen O’Neill. “Ini bisa mengurangi kebutuhan akan dosis obat berulang, sambil meningkatkan kualitas hidup pasien.”

Tidak seperti banyak sistem pengiriman obat yang memerlukan pemicu eksternal seperti panas atau cahaya, yang ini ditenagai oleh kimia tubuh sendiri. Para peneliti mengatakan ini dapat membuka jalan bagi perawatan radang sendi yang lebih tahan lama dan bertarget yang secara otomatis merespons flare-up, meningkatkan efektivitas sambil mengurangi efek samping berbahaya.

Dalam tes laboratorium, para peneliti memuat material dengan pewarna fluoresen untuk meniru bagaimana obat nyata dapat berperilaku. Mereka menemukan bahwa pada tingkat keasaman yang khas dari sendi rematik, bahan yang dilepaskan secara substansial lebih banyak kargo obat dibandingkan dengan tingkat pH yang sehat dan sehat.

Pendekatan Tak yang Dapat Ditakui dan Fleksibel

“Dengan menyetel kimia gel ini, kita dapat membuatnya sangat sensitif terhadap pergeseran keasaman yang halus yang terjadi dalam jaringan yang meradang,” kata rekan penulis Dr Jade McCune. “Itu berarti obat dilepaskan kapan dan di mana mereka dibutuhkan.”

Para peneliti mengatakan pendekatan tersebut dapat disesuaikan dengan berbagai kondisi medis, dengan menyempurnakan kimia material. “Ini adalah pendekatan yang sangat fleksibel, jadi secara teori kami dapat menggabungkan obat yang bekerja cepat dan bekerja lambat, dan memiliki satu perawatan tunggal yang berlangsung selama berhari-hari, berminggu-minggu, atau bahkan berbulan-bulan,” kata O’Neill.

Langkah -langkah selanjutnya tim akan melibatkan pengujian materi dalam sistem kehidupan untuk mengevaluasi kinerja dan keamanan mereka di lingkungan fisiologis. Tim mengatakan bahwa jika berhasil, pendekatan mereka dapat membuka pintu bagi generasi baru biomaterial responsif yang mampu mengobati penyakit kronis dengan presisi yang lebih besar.

Referensi: “Penguncian kinetik kompleks pH-sensitif untuk jaringan polimer responsif mekanis” oleh Stephen JK O’Neill, Yuen Cheong Tse, Zehuan Huang, Xiaoyi Chen, Jade A. McCune dan Oren A. Scherman, 8 September 2025, Jurnal American Chemical Society.
Doi: 10.1021/jacs. 5C09897

Penelitian ini didukung oleh Dewan Penelitian Eropa dan Dewan Penelitian Ilmu Teknik dan Fisik (EPSRC), bagian dari penelitian dan inovasi Inggris (UKRI). Oren Scherman adalah Fellow dari Jesus College, Cambridge.

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.

Peneliti di Universitas Northwestern telah mengembangkan bahan bioaktif yang mampu meregenerasi tulang rawan berkualitas tinggi di sendi lutut.

Bahan baru ini, yang sangat mirip dengan lingkungan alami tulang rawan, telah menunjukkan hasil yang menjanjikan pada model hewan, berpotensi mengurangi kebutuhan untuk operasi penggantian lutut dan meningkatkan perawatan untuk kondisi seperti osteoartritis dan cedera olahraga.

Regenerasi Tulang Rawan yang Inovatif

Bahan bioaktif baru yang berhasil meregenerasi tulang rawan berkualitas tinggi di sendi lutut model hewan besar telah dikembangkan oleh para ilmuwan Universitas Northwestern.

Meski tampak seperti cairan kenyal, bahan tersebut sebenarnya merupakan jaringan kompleks komponen molekuler, yang bekerja sama meniru lingkungan alami tulang rawan di dalam tubuh.

Dalam studi baru tersebut, para peneliti mengaplikasikan material tersebut ke tulang rawan yang rusak di sendi lutut hewan. Hanya dalam waktu enam bulan, para peneliti mengamati bukti perbaikan yang lebih baik, termasuk pertumbuhan tulang rawan baru yang mengandung biopolimer alami (kolagen II dan proteoglikan), yang memungkinkan ketahanan mekanis tanpa rasa sakit pada sendi.

Dampak Potensial pada Kesehatan Sendi

Dengan penelitian lebih lanjut, para peneliti mengatakan bahan baru ini suatu hari nanti berpotensi digunakan untuk mencegah operasi penggantian lutut penuh, mengobati penyakit degeneratif seperti osteoartritis, dan memperbaiki cedera terkait olahraga seperti robeknya ACL.

Studi ini akan dipublikasikan pada minggu tanggal 5 Agustus dalam Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Tulang rawan merupakan komponen penting dalam persendian kita,” kata Samuel I. Stupp dari Northwestern, yang memimpin penelitian tersebut. “Ketika tulang rawan rusak atau hancur seiring waktu, hal itu dapat berdampak besar pada kesehatan dan mobilitas seseorang secara keseluruhan. Masalahnya adalah, pada manusia dewasa, tulang rawan tidak memiliki kemampuan bawaan untuk sembuh. Terapi baru kami dapat mendorong perbaikan pada jaringan yang tidak beregenerasi secara alami. Kami pikir perawatan kami dapat membantu mengatasi kebutuhan klinis yang serius dan belum terpenuhi.”

Sebagai pelopor nanomedicine regeneratif, Stupp adalah Profesor Dewan Pengawas Ilmu Material dan Teknik, Kimia, Kedokteran, dan Teknik Biomedis di Northwestern, tempat ia menjadi direktur pendiri Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology dan pusat afiliasinya, Center for Regenerative Nanomedicine. Stupp memiliki jabatan di McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences, dan Feinberg School of Medicine. Jacob Lewis, mantan mahasiswa Ph.D. di laboratorium Stupp, adalah penulis pertama makalah tersebut.

Komponen Bioaktif Dijelaskan

Studi baru ini mengikuti karya yang baru-baru ini diterbitkan dari laboratorium Stupp, di mana tim tersebut menggunakan “molekul menari” untuk mengaktifkan sel-sel tulang rawan manusia guna meningkatkan produksi protein yang membangun matriks jaringan. Alih-alih menggunakan molekul menari, studi baru ini mengevaluasi biomaterial hibrida yang juga dikembangkan di laboratorium Stupp. Biomaterial baru tersebut terdiri dari dua komponen: peptida bioaktif yang mengikat transforming growth factor beta-1 (TGFb-1) — protein penting untuk pertumbuhan dan pemeliharaan tulang rawan — dan asam hialuronat yang dimodifikasi. asampolisakarida alami yang terdapat dalam tulang rawan dan cairan sinovial pelumas dalam sendi.

“Banyak orang yang mengenal asam hialuronat karena merupakan bahan yang populer dalam produk perawatan kulit,” kata Stupp. “Asam hialuronat juga ditemukan secara alami di banyak jaringan di seluruh tubuh manusia, termasuk sendi dan otak. Kami memilihnya karena menyerupai polimer alami yang ditemukan dalam tulang rawan.”

Tim Stupp mengintegrasikan peptida bioaktif dan partikel asam hialuronat yang dimodifikasi secara kimia untuk mendorong pengorganisasian diri skala nano serat menjadi bundel yang menyerupai arsitektur alami tulang rawan. Tujuannya adalah untuk menciptakan perancah yang menarik bagi sel-sel tubuh sendiri untuk meregenerasi jaringan tulang rawan. Dengan menggunakan sinyal bioaktif dalam serat berskala nano, bahan tersebut mendorong perbaikan tulang rawan oleh sel-sel, yang mengisi perancah tersebut.

Pengujian Klinis dan Aplikasi Masa Depan

Untuk mengevaluasi efektivitas bahan tersebut dalam meningkatkan pertumbuhan tulang rawan, para peneliti mengujinya pada domba yang mengalami cacat tulang rawan pada sendi lutut, sendi kompleks pada tungkai belakang yang mirip dengan lutut manusia. Pekerjaan ini dilakukan di laboratorium Mark Markel di Fakultas Kedokteran Hewan di Universitas Wisconsin–Madison.

Menurut Stupp, pengujian pada model domba sangat penting. Sama seperti manusia, tulang rawan domba keras kepala dan sangat sulit diregenerasi. Lutut domba dan lutut manusia juga memiliki kesamaan dalam hal menahan beban, ukuran, dan beban mekanis.

“Sebuah studi pada model domba lebih prediktif mengenai bagaimana pengobatan akan bekerja pada manusia,” kata Stupp. “Pada hewan lain yang lebih kecil, regenerasi tulang rawan terjadi jauh lebih mudah.”

Dalam penelitian tersebut, para peneliti menyuntikkan bahan yang tebal seperti pasta ke dalam cacat tulang rawan, di mana bahan tersebut berubah menjadi matriks kenyal. Tulang rawan baru tidak hanya tumbuh untuk mengisi cacat saat perancah terdegradasi, tetapi jaringan yang diperbaiki secara konsisten memiliki kualitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan kontrol.

Solusi yang Tahan Lama

Di masa mendatang, Stupp membayangkan material baru ini dapat diaplikasikan pada sendi selama operasi artroskopi atau operasi sendi terbuka. Standar perawatan saat ini adalah operasi fraktur mikro, di mana dokter bedah membuat fraktur kecil pada tulang di bawahnya untuk mendorong pertumbuhan tulang rawan baru.

“Masalah utama dengan pendekatan fraktur mikro adalah sering kali mengakibatkan pembentukan tulang rawan fibrosa — tulang rawan yang sama di telinga kita — bukan tulang rawan hialin, yang merupakan tulang rawan yang kita perlukan untuk memiliki sendi yang berfungsi,” kata Stupp. “Dengan meregenerasi tulang rawan hialin, pendekatan kami seharusnya lebih tahan terhadap keausan, memperbaiki masalah mobilitas yang buruk dan nyeri sendi untuk jangka panjang sekaligus menghindari perlunya rekonstruksi sendi dengan perangkat keras yang besar.”

Referensi: “Perancah polimer supramolekul dan kovalen bioaktif untuk perbaikan tulang rawan pada model domba” 5 Agustus 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2405454121

Penelitian ini didukung oleh Mike and Mary Sue Shannon Family Fund untuk Sistem Material Bioaktif dan Terinspirasi Hayati untuk Regenerasi Muskuloskeletal.