צוות חוקרים מהמרכז הרפואי ארווינג של אוניברסיטת קולומביה (CUIMC) וקולומביה הנדסה קיבל חוזה של עד 38.95 מיליון דולר מהסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים לבריאות (ARPA-H) לבניית החלפת ברך חיה מחומרים ביולוגיים ותאי גזע אנושיים. , כולל התאים של המטופל עצמו. ARPA-H היא סוכנות מימון פדרלית שמממנת פריצות דרך טרנספורמטיביות של מחקר ביו-רפואי ובריאות, ומתרגמת במהירות מחקר מהמעבדה ליישומים בשוק.
הפרס
הפרס, חלק מתוכנית החידושים החדשים של ARPA-H להתחדשות רקמות באוסטאוארתריטיס (NITRO), יתמוך בפיתוח של NOVAJoint, החלפת מפרק ברך מהפכנית, בעלות נמוכה, הספציפית למטופל. פרויקט בסיכון גבוה זה מתבסס על יותר משני עשורים של מחקר שיתופי בתחום השרירים והשלד בקולומביה בהנדסה ורפואה, ומבטיח להציע פתרון טרנספורמטיבי עבור יותר משלושים מיליון אנשים בארה"ב הסובלים מאוסטאוארתריטיס. NITRO היא התוכנית הספציפית למדעי הבריאות הראשונה תחת הסוכנות החדשה ARPA-H, שהוקמה על ידי מינהלת ביידן.
את הפרויקט מובילים קלארק טי האנג, פרופסור וסגן יו"ר המחלקה להנדסה ביו-רפואית ופרופסור למדע אורטופדי (בכירורגיה אורטופדית) בהנדסת קולומביה, ונדין או. צ'אהין, פרופסור חבר להנדסה ביו-רפואית במחלקה לאורתופדיה. ניתוחים במכללת רופאים ומנתחים של אוניברסיטת קולומביה ואגלוס, מובילים בחידוש רקמות ובמחקר אורטופדי.
ARPA-H הוא מאמץ חשוב ביותר שיכול להביא לפריצת דרך בפתרונות מותאמים אישית וספציפיים למטופל. כשהחברה מבקשת להתמודד עם האתגר של הזדקנות האוכלוסיה, גישות שיתופיות כאלה המשלבות הנדסה ורפואה יסייעו לשפר את התנאים לאלה עם דלקת מפרקים ניוונית ומחלות שריר-שלד רבות אחרות".
שי-פו צ'אנג, דיקן הנדסת קולומביה
"ראינו במהלך מגיפת הקורונה כמה מהר המדע יכול לנוע כאשר צוותי חוקרים מקבלים את התמיכה והמשאבים לעבוד יחד", אמרה קתרינה ארמסטרונג, דיקן הפקולטות למדעי הבריאות ומכללת רופאים ומנתחים ואגלוס, והנהלה. סגן נשיא למדעי הבריאות והביו-רפואה, אוניברסיטת קולומביה. "על ידי מיקוד המומחיות של קולומביה בהנדסה ביו-רפואית וכירורגיה אורטופדית על מטרה אחת, למימון זה מ-ARPA-H יש פוטנציאל לחולל מהפכה מהירה בדרך שבה אנו מטפלים בדלקת מפרקים ניוונית ובדרך בה אנו עושים מחקר ביו-רפואי בעתיד."
השפעת אוסטיאוארתריטיס
דלקת מפרקים ניוונית היא מחלת מפרקים ניוונית שהיא הסוג הנפוץ ביותר של דלקת פרקים. זה מחמיר בהדרגה עם הזמן כאשר הסחוס, רקמת החיבור המיוחדת המכסה את קצוות העצמות, מתבלה, מה שמוביל לכאב, נוקשות ואובדן ניידות. דלקת מפרקים ניוונית היא כבר הסוג השלישי בשכיחותו של מוגבלות ונטל כלכלי מוערך של יותר מ-136 מיליארד דולר בשנה. היא משפיעה באופן לא פרופורציונלי על נשים, קשישים, מיעוטים גזעיים/אתניים מסוימים ובעלי מעמד סוציו-אקונומי נמוך יותר. השכיחות של דלקת מפרקים ניוונית בברך עלתה עקב הזדקנות האוכלוסייה, עלייה בשיעורי הפציעה במפרקים, ובאופן משמעותי, השמנת יתר.
טיפול תקן הזהב הקליני למפרקי ברכיים שנפגעו כתוצאה מדלקת דלקתית מתפשטת או פציעה טראומטית הוא החלפת מפרק מוחלטת באמצעות שתלים תותבים עשויים מתכת ופלסטיק. למרות שהחלפת ברך מצליחה באופן נרחב, ישנם כמה חסרונות עיקריים לחומרים הקונבנציונליים הללו. יכולים להיות סיבוכים ומגבלות משנות חיים של החלפות ברך מלאכותיות נוכחיות, כולל זיהום, התרופפות, כשל בחומרה, נוקשות, קינמטיקה לא תקינה (כלומר, האופן שבו הברך נעה), חוסר יציבות וכאב מתמשך. היסטורית, להחלפות ברכיים הייתה תוחלת חיים מוגבלת, כאשר חלק נכשל לאחר 15 עד 20 שנה עקב בלאי פלסטיק או התרופפות השתל. משמעות הדבר היא שמטופלים צעירים יותר עשויים להזדקק לשתל רוויזיה אחד או אפילו שניים. הביקוש להחלפות מפרק ברך צפוי לגדול ב-673% – 3.48 מיליון הליכים מ-2005 עד 2030 – כאשר סך כל תיקוני הברך צפוי לגדול ב-601% בין 2005 ל-2030.
NOVAJoint -; פתרון חי לברכיים הרוסות
עם פרס ה- ARPA-H, החוקרים מציעים לעצב את NOVAJoint כדי לתת מענה לצורך הקליני הדחוף, שאינו מסופק, בפתרון קבוע עבור חולים עם OA מתקדמת, כאשר יש לציין החלפת ברך קונבנציונלית. מטרת הפרויקט היא לפתח ברך החלפה של סחוס חי ועצם מתחדשים המשתלבת בצורה חלקה עם העצם המקומית ומשחזרת תפקוד מפרקים נטול כאבים. מאחר שתאים נדרשים להתחדש ולתחזק את השתל החי הזה, הצוות יצור שתי גרסאות של NOVAJoint: גרסה המשתמשת בתאים של המטופל עצמו ואחת שמשתמשת בתאי תורם. החוקרים מצפים מ-NOVAJoint להאריך משמעותית את חיי השתל, להפחית סיבוכים, ולהפוך להליך קבוע וסופי לטיפול באוסטאוארתריטיס בברך. עם ציר זמן אגרסיבי, בשנתיים הראשונות, הצוות יצור את אבות הטיפוס הראשונים לפני שיעבור למחקרים פרה-קליניים וקליניים בשלוש השנים האחרונות, כולל ניסוי קליני בטיחותי שלב 1 בשנה האחרונה.
למרות שה-NOVAJoint הראשון עדיין בפיתוח, רבות מהטכנולוגיות והתגליות המדעיות הנחוצות ליצירת הג'וינט כבר פותחו ואומתו על ידי חוקרי קולומביה באמצעות מימון מהמכונים הלאומיים לבריאות, הקרן הלאומית למדע, משרד ההגנה ותמיכה מוסדית. .
"תוכנית ARPA-H NITRO אפשרה לנו למנף את הטכנולוגיות החדשניות והמומחיות שלנו כדי לפתור את אחד האתגרים הקשים ביותר בהנדסה ביו-רפואית", אמר הונג, חוקר פורץ דרך בהתחדשות שרירים ושלד.
משתפי הפעולה
צוות NOVAJoint יפיק החלפת ברך חיה באמצעות טכניקות ייצור מודרניות וינצל את המסה הקריטית של חוקרי שרירים ושלד בקולומביה עם מומחיות קולקטיבית בביו-מכניקה, ביו-חומרים, תאי גזע וכירורגיה אורטופדית מכל רחבי בית הספר להנדסה ומדע יישומי, ואגלוס קולג'. של רופאים ומנתחים והמכללה לרפואת שיניים, המתבססת על היסטוריה של עשרות שנים של שיתוף פעולה בין המחלקות לכירורגיה אורטופדית והנדסה ביו-רפואית. צוות הפרויקט הינו רב תחומי, עם מנהיגות מדעית מהפקולטה במחלקות להנדסה ביו-רפואית, הנדסת מכונות, כירורגיה אורטופדית ורפואת שיניים. Co-PIs ו-Task Leads כוללים את Treena Arinzeh, פרופסור להנדסה ביו-רפואית; ג'רארד אטשיאן, אנדרו וולץ פרופסור להנדסת מכונות ופרופסור להנדסה ביו-רפואית; אליס הואנג, פרופסור חבר לביו-הנדסה (בכירורגיה אורטופדית); ורושאן שאה, ראסל א. היבס פרופסור חבר לאורתופדיה (בכירורגיה אורטופדית) ומנהל שחזור מורכב; צ'אנג לי, פרופסור חבר להנדסה קרניופציאלית (ברפואת שיניים).
עובדים עם צוות קולומביה הם ג'יימס ל. קוק, ויליאם וקתרין אלן יו"ר מכובד בכירורגיה אורטופדית, אוניברסיטת מיזורי, שיובילו בדיקות פרה-קליניות. דרס. קוק ושאה יובילו גם את הניסוי הקליני, שיגייס מטופלים בשתי האוניברסיטאות. הצוות משתף פעולה עם קרן תאי הגזע של ניו יורק ומרכז הדם של ניו יורק לייצור GMP של NOVAJoint.
"זהו אתגר גדול, אבל על ידי יצירת צוות גדול ומנוסה שעובד היטב ביחד ויכול להיות ממוקד במטרה אחת, אנו מצפים להצליח", אמר Chahine, מוביל במחקר האורטופדי. "NOVAJoint יסמן אבן דרך גדולה בתחום הרפואה הרגנרטיבית והכירורגיה האורתופדית, ויש לה פוטנציאל לחולל מהפכה בטיפולי השרירים והשלד במפרקים הרבים שמתנוונים עם הגיל או הפציעה".
הון עצמי ומסחור
בנוסף לקידום במדע, הון עצמי ומסחור הם עמודי התווך להצלחת התוכנית של פרויקט זה. חלק מהחזון של NITRO הוא לבסס נתיב ברור למסחור, שהוא תנאי מוקדם לתרגום קליני מוצלח ולהשפעה של טכנולוגיות משבשות כמו NOVAJoint. ל-ARPA-H יש מחויבות נחרצת לגישה הוגנת לשירותי בריאות לכולם, ללא הבדל גזע, אתניות, זהות מגדרית/מגדרית, נטייה מינית, מוגבלות, גיאוגרפיה, תעסוקה, ביטוח ומעמד סוציו-אקונומי.
"המטרה שלנו היא לדחוף את החלפת הברך לשלב הבא של האבולוציה שלה וליצור פתרון טוב יותר לאוסטאוארתריטיס עבור כל האמריקאים. כל יום מטופלים שואלים אותי על התקדמות חדשה בניתוח החלפת מפרק ברך, בתקווה לאימות שנות הסבל שלהם לפני שהם פונים לטיפול ", אומר ד"ר שאה. "עכשיו יש לי מה לומר להם. אני חושב שחברות האורטופדיה הגדולות יצפו בפרויקט הזה מקרוב, ויתחרו על ההזדמנות למסחר את NOVAJoint באופן ארצי".
על מנת לעמוד ביעדים פרוגרמטיים אלה, הצוות גם ימנף את המומחיות והמשאבים של מכון אירווינג למחקר קליני ומתרגם ומיזמי טכנולוגיה של קולומביה. צוות NOVAJoint יכלול מנהל הון במשרה מלאה שיסייע בפיתוח מדדי ביצועי מניות מרכזיים. קצין ההון יעבוד בשיתוף פעולה הדוק עם רייצ'ל סי שלטון, פרופסור חבר למדעי סוציו-רפואה בבית הספר לבריאות הציבור מיילמן ומנהלת שותפה של משאב ליבת המעורבות הקהילתית (CECR) של מכון אירווינג וליסה רויז, המחלקה לכירורגיה אורטופדית, אוניברסיטת מיזורי. , לטפח מחקר שנערך בשיתוף עם מחזיקי עניין בקהילה כדי ליידע טוב יותר את היישום של ממצאים מדעיים במסגרות קליניות וקהילתיות.
צוות המחקר
הפקולטה המדעית והקלינית בקולומביה כוללת:
- קלארק האנג, פרופסור להנדסה ביו-רפואית ומדעי אורתופדיה (בכירורגיה אורטופדית)
- ג'רארד אטשיאן, אנדרו וולץ פרופסור להנדסת מכונות ופרופסור להנדסה ביו-רפואית
- Nadeen Chahine, פרופסור חבר להנדסה ביו-רפואית (בכירורגיה אורטופדית)
- אליס הואנג, פרופסור חבר לביו-הנדסה (בכירורגיה אורטופדית)
- טרינה ארינזה, פרופסור להנדסה ביו-רפואית
- צ'אנג לי, פרופסור חבר להנדסה קרניופציאלית (ברפואת שיניים)
- רושן שאה, ראסל א. היבס פרופסור חבר ומנהל שחזור מורכב באוניברסיטת קולומביה
- קם ליונג, סמואל י. שנג פרופסור להנדסה ביו-רפואית (בביולוגיה של מערכות)
- הלן לו, פרסי ק' ווידה LW הדסון פרופסור להנדסה ביו-רפואית וסגן דיקן בכיר לענייני הפקולטה וקידום
- X. אדוארד גואו, סטנלי דיקר פרופסור להנדסה ביו-רפואית ופרופסור למדעי הרפואה (ברפואה)
- José McFaline-Figueroa, עוזר פרופסור להנדסה ביו-רפואית
- סמואל סיה, פרופסור להנדסה ביו-רפואית, סגן פרובסט למטרה הרביעית ולהשפעה אסטרטגית
- סטיב תומופולוס, רוברט א. קרול וג'יין צ'ייס קרול מעבדות פרופסור לבומכניקה (בכירורגיה אורטופדית והנדסה ביו-רפואית)
- אלן גולדוואזר, עוזר פרופסור לרפואת ספורט (במרכז לרפואת משפחה וקהילה, ברפואה וכירורגיה אורטופדית) ב-CUIMC
- מילדרד אמברי, ד"ר אדווין ס. רובינסון פרופסור חבר לרפואת שיניים
- ג'ואנה סמטון, HK Corning עוזרת פרופסור לשיקום ורפואה רגנרטיבית (ברפואה שיקום ורפואה רגנרטיבית) (בגנטיקה ופיתוח)
