Terapie komórkowe mogą zatrzymać lub ograniczyć ból związany z degeneracją krążków międzykręgowych. Kolejny zastosowaniem jest zahamowanie utraty materiału w przestrzeniach miedzydyskowych. Schorzenia tego typu dotykają setek tysięcy ludzi. Aby wykorzystać do leczenia terapię komórkową, naukowcy musza pokonać takie trudności jak utrzymanie komórek przy życiu, zsyntetyzowanie odpowiedniego materiału zastępczego i dostarczenie go w odpowiednie miejsce kręgosłupa pacjenta. Zespół z Duke's Pratt School of Engineering opracowuje biomateriał, który najlepiej ze wszystkich dotychczas uzywanych spełnia te założenia.

Materiał został opisany w badaniu proof-of-concept opublikowanym w Biomaterials, przez Aubrey Francisco i profesor inżynierii biomedycznej Lori Setton. Został tak zaprojektowany, aby dostrczyć komórki regeneracyjne do jądra miażdżystego (nucleus pulposus), znajdującego się we wnętrzu krążka międzykręgowego. Jądro miażdżyste odpowiada za stabilizację kręgosłupa i amortyzację poszczególnych kręgów.

Głównym celem badań jest stworzenie materiału płynnego, stającego sie żelem po wstrzyknięciu przestrzeń międzykręgową i utrzymanie komórek tam, gdzie są potrzebne - mówi prof. Setton.  Drugim celem jest opracowanie materiału w ten sposób, aby zapewniał komórkom sygnały środowiskowe w celu utrzymania ich żywotności i pobudzenia ich do biosyntezy.

 Degeneracja krążka międzykręgowego jest typowym schorzeniem dla podeszłego wieku. Z czasem miękkie, ściśliwe dyski działające jak amortyzatory przestają spełniać swoją funkcję. Uszkodzenie może zajść w każdym miejscu, jednak najczęściej ma miejsce w odcinku szyjnym i lędźwiowym, powodując dokuczliwy ból. Chorobie mogą takie schorzenia jak przepuklina dyskowa, zapalenie kostno-stawowe (osteoarthritis) czy zwężenie kanału kręgowego.

Wcześniejsze badania laboratoryjne pokazują, że reimplantacja komórek jądra miażdżystego czy komórek macierzystych może opóźniać degenerację krążków. Obecnie oferowane komercyjnie sposoby dostarczania komórek w tym przypadku są nieefektywne - szybko następuje migracja komórek daleko  od miejsca wszczepienia.

W strategii opracowanej na Duke University zawiera polimer imitujący działanie lamin, dzięki któremu wstrzyknięte komórki osadzają się we właściwym miejscu. Laminy pozwalają komórkom działć dłużej i wydajniej produkować macierz pozakomórkowa, co jest podstawą do zahamowania degeneracji. Opracowano mieszaninę żelową, dostarczającą komórki i zawierającą trzy składniki: białko laminin-111 zmodyfikowane chemicznie oraz dwa hydrożele z glikoli polietylenowych (PEG) wiążące zmodyfikowaną lamininę. Żele PEG oddzielnie są w stanie płynnym, jednak po zmieszaniu i wstrzyknięciu zmieniają swój stan skupienia.

Schematyczne przedstawienie zabiegu. Aubrey Francisco

Komórki  jądra miażdżystego zostały wyznakowane lucyferazą i zaaplikowane razem z żelem w szczurzy ogon, w przestrzeń międzydysową. Krzepnięcie mieszaniny trwało ok 20 minut. Badanie wykrywające biomarker lucyferazę wykonano po 14 dniach. Wykazano, że w porównaniu do metody z użyciem ciekłego nośnika znacznie więcej komórek pozostało w miejscu zabiegu. Przy użyciu obecnie dostępnych metod, wszystkie komórki wyciekają z miejsca zabiegu po 3-4 dniach.

Po przeprowadzeniu wstępnych badań, należy przeprowadzić optymalizację narzędzi i modeli tak, aby były użyteczne w przypadku większych krążków, takich jak u człowieka - mówi prof. Setton. Kolejnym celem jest określenie związku pomiędzy wysokością krążka lub uwodnieniem martix międzykomórkowego a jego produkcją przez wczepione komórki. Według prof. Setton metoda ma duży potencjał i spotyka się z zainteresowaniem.