Staw kolanowy jest niezwykle złożonym biomechanicznym osiągnięciem ewolucyjnym. Każdy, kto doznał urazu tego stawu, zna bolesne próby cierpliwości podczas diagnostyki i terapii. Niebanalnym członkiem anatomicznej orkiestry stawu złożonego jest chrząstka łąkotki. Naukowcy z projektu Empa tworzą obecnie „mapę 3D” cennej chrząstki.
Fot. pexels.com
Poduszka w kształcie półksiężyca
Jako poduszka ślizgowa w kształcie półksiężyca, łąkotka amortyzuje wstrząsy i umożliwia płynny ruch między górną i dolną częścią nogi. Jednak obie łąkotki w kolanie są podatne na zużycie i urazy. Na przykład około jedno na trzy kolana w populacji w wieku 40 lat i starszych wykazuje znaczne zużycie łąkotki, a około 15 procent wszystkich urazó stawu kolanowego dotyczy łąkotki. Według firmy ubezpieczeniowej Suva, same te wypadki powodują roczne koszty opieki zdrowotnej w wysokości ponad 650 milionów franków szwajcarskich w Szwajcarii.
Jeśli zabieg chirurgiczny ma być wykonany na kolanie, łąkotka na ogół nie jest korzystnym kandydatem, ponieważ tak zwana tkanka włóknisto-chrzęstna jest zaopatrywana w krew tylko w niektórych odcinkach. Pomocna w zwiększeniu szans na wyleczenie jest dokładna wiedza na temat tego cennego splotu naczyniowego. Do tej pory jednak informacje opierały się na dwuwymiarowych obrazach wycinków tkanek. Oznacza to, że tracone są cenne dane, na przykład na temat odkształcalności tkanki lub wzajemnych powiązań naczyń.
„Chcemy stworzyć precyzyjną, trójwymiarową »mapę« łąkotki”, wyjaśnia Federica Orellana z Centrum Analizy Rentgenowskiej Empa w Dübendorfie. Według biofizyka może to zoptymalizować leczenie i umożliwić terapie dostosowane do potrzeb w sensie medycyny spersonalizowanej.
Poniżej milimetra
W ramach tego projektu, finansowanego przez Szwajcarską Narodową Fundację Nauki (SNSF), Federica Orellana i główny badacz projektu, Annapaola Parrilli, dążą do osiągnięcia poziomu dokładności, którego nie można osiągnąć za pomocą sprzętu w szpitalach. W porównaniu z rozdzielczością milimetrową klinicznej tomografii komputerowej, tomografy mikro – i nanokomputerowe w laboratoriach Empa mogą nawet zejść poniżej limitu mikrometrów. Na podstawie tych obrazów radiologicznych naukowcy tworzą modele matematyczne, które można wykorzystać do rejestrowania i mapowania gęstości, struktury, odkształcalności biomechanicznej i sieci naczyniowej chrząstki w przestrzeni.
Wraz z partnerami klinicznymi z Istituto Ortopedico Rizzoli w Bolonii, Szpitala Kantonalnego Winterthur i Uniwersytetu w Zurychu naukowcy pracują obecnie z dużą liczbą próbek laboratoryjnych w celu zbudowania jak największej bazy danych. Wstępne symulacje komputerowe pokazują już rozgałęzione żyły łąkotki z obiecującą precyzją. Obrazy mikrotomografii komputerowej oddają złożoność strukturalną tkanki łąkotki, a w modelowaniu matematycznym pozwalają również na uzyskanie dalszych informacji, takich jak porowatość lub stopień pofałdowania naczyń krwionośnych.
Federica Orellana pracuje obecnie nad atlasem 3D zdrowych próbek tkanki łąkotki. W kolejnym kroku z modelami zostaną zintegrowane obrazy tomografii komputerowej wszelkiego rodzaju urazów i zużycia. W ten sposób pacjenci mogli otrzymać istotne informacje na temat potencjału samoleczenia tkanki bezpośrednio podczas badania, a strategie indywidualnego leczenia mogły zostać zoptymalizowane. Biofizyk podkreśla, że mapa 3D może być wykorzystywana zarówno w przypadku pacjentów powypadkowych, jak i procesów zużycia w starszym wieku.
