Un equipo de investigadores del Centro Médico Irving de la Universidad de Columbia (CUIMC) y Columbia Engineering recibió un contrato de hasta 38,95 millones de dólares de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Salud (ARPA-H) para construir un reemplazo de rodilla vivo a partir de biomateriales y células madre humanas. , incluidas las propias células del paciente. ARPA-H es una agencia de financiación federal que financia avances transformadores en investigación biomédica y de salud, trasladando rápidamente la investigación del laboratorio a aplicaciones en el mercado.
El premio
El premio, que forma parte del programa de Innovaciones novedosas para la regeneración de tejidos en la osteoartritis (NITRO) de ARPA-H, apoyará el desarrollo de NOVAJoint, un revolucionario reemplazo de articulación de rodilla biocompatible, de bajo costo y específico para cada paciente. Este proyecto de alto riesgo se basa en más de dos décadas de investigación musculoesquelética colaborativa en Columbia en ingeniería y medicina, y promete ofrecer una solución transformadora para los más de treinta millones de personas en los EE. UU. que padecen osteoartritis. NITRO es el primer programa específico de Well being Science Futures bajo la nueva agencia ARPA-H, establecida por la Administración Biden.
El proyecto está dirigido por Clark T. Hung, profesor y vicepresidente del Departamento de Ingeniería Biomédica y profesor de Ciencias Ortopédicas (en Cirugía Ortopédica) en Columbia Engineering, y Nadeen O. Chahine, Profesor Asociado de Ingeniería Biomédica en el Departamento de Ortopedia. Cirugía en el Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de la Universidad de Columbia, líderes en regeneración de tejidos e investigación ortopédica.
ARPA-H es un esfuerzo de enorme importancia que podría suponer un gran avance en soluciones personalizadas y específicas para cada paciente. A medida que la sociedad busca abordar el desafío del envejecimiento de la población, estos enfoques colaborativos que combinan ingeniería y medicina ayudarán a mejorar las condiciones de quienes padecen osteoartritis y muchas otras afecciones musculoesqueléticas».
Shih-Fu Chang, Decano de Ingeniería de Columbia
«Durante la pandemia de COVID vimos cuán rápido puede avanzar la ciencia cuando los equipos de investigadores reciben el apoyo y los recursos para trabajar juntos», dijo Katrina Armstrong, Decana de las Facultades de Ciencias de la Salud y del Colegio de Médicos y Cirujanos de Vagelos, y ejecutiva. Vicepresidente de Ciencias Biomédicas y de la Salud, Universidad de Columbia. «Al centrar la experiencia de Columbia en ingeniería biomédica y cirugía ortopédica en un único objetivo, esta financiación de ARPA-H tiene el potencial de revolucionar rápidamente la forma en que tratamos la osteoartritis y la forma en que realizamos la investigación biomédica en el futuro».
Impacto de la osteoartritis
La osteoartritis es una enfermedad degenerativa de las articulaciones que es la más común. tipo de artritis. Empeora gradualmente con el tiempo a medida que el cartílago, el tejido conectivo especializado que cubre los extremos de los huesos, se desgasta, provocando dolor, rigidez y pérdida de movilidad. La osteoartritis ya es el tercer tipo más común de discapacidad y tiene una carga económica estimada de más de 136 mil millones de dólares al año. Afecta desproporcionadamente a las mujeres, los ancianos, ciertas minorías raciales/étnicas y aquellos con un nivel socioeconómico más bajo. La prevalencia de la osteoartritis de rodilla ha aumentado debido al envejecimiento de la población, el aumento de las tasas de lesiones articulares y, significativamente, la obesidad.
El tratamiento clínico estándar de oro para las articulaciones de la rodilla devastadas por la OA generalizada o una lesión traumática es un reemplazo whole de la articulación mediante implantes protésicos hechos de metallic y plástico. Aunque el reemplazo de rodilla tiene un gran éxito, estos materiales convencionales presentan algunos inconvenientes importantes. Los reemplazos artificiales de rodilla actuales pueden tener complicaciones y limitaciones que cambian la vida, como infección, aflojamiento, falla del {hardware}, rigidez, cinemática anormal (es decir, la forma en que se mueve la rodilla), inestabilidad y dolor persistente. Históricamente, los reemplazos de rodilla han tenido una vida útil limitada y una parte fallaba entre 15 y 20 años debido al desgaste del plástico o al aflojamiento del implante. Esto significa que los pacientes más jóvenes pueden necesitar uno o incluso dos implantes de revisión. Se prevé que la demanda de reemplazos totales de rodilla crecerá un 673 % (3,48 millones de procedimientos entre 2005 y 2030) y se proyecta que las revisiones totales de rodilla crecerán un 601 % entre 2005 y 2030.
NOVAJoint -; una solución viva para las rodillas devastadas
Con el premio ARPA-H, los investigadores proponen diseñar NOVAJoint para abordar la necesidad clínica urgente e insatisfecha de una solución permanente para pacientes con OA avanzada donde está indicado un reemplazo de rodilla convencional. El objetivo del proyecto es desarrollar una rodilla de reemplazo a partir de cartílago y hueso vivos regenerados que se integre perfectamente con el hueso nativo y restablezca la función articular sin dolor. Dado que se necesitan células para regenerar y mantener este implante vivo, el equipo creará dos versiones de NOVAJoint: una versión que utiliza las células del propio paciente y otra que utiliza células de un donante. Los investigadores esperan que NOVAJoint extienda sustancialmente la vida útil del implante, reduzca las complicaciones y se convierta en un procedimiento permanente y definitivo para el tratamiento de la osteoartritis de rodilla. Con un cronograma agresivo, en los primeros dos años, el equipo creará los primeros prototipos antes de pasar a estudios preclínicos y clínicos en los últimos tres años, incluido un ensayo clínico de seguridad de Fase 1 en el último año.
Aunque el primer NOVAJoint aún está en desarrollo, muchas de las tecnologías y descubrimientos científicos necesarios para crear la articulación ya han sido desarrollados y validados por investigadores de Columbia gracias a la financiación de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Defensa y el apoyo institucional. .
«El programa ARPA-H NITRO nos ha permitido aprovechar nuestras tecnologías innovadoras y nuestra experiencia para resolver uno de los desafíos más difíciles de la ingeniería biomédica», afirmó Hung, un investigador pionero en regeneración musculoesquelética.
los colaboradores
El equipo de NOVAJoint fabricará un reemplazo de rodilla viviente utilizando técnicas de fabricación modernas y aprovechará la masa crítica de investigadores musculoesqueléticos de Columbia con experiencia colectiva en biomecánica, biomateriales, células madre y cirugía ortopédica de toda la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas del Vagelos Faculty. de Médicos y Cirujanos y la Facultad de Medicina Dental, basándose en una historia de décadas de colaboración entre los Departamentos de Cirugía Ortopédica y de Ingeniería Biomédica. El equipo del proyecto es multidisciplinario, con liderazgo científico de profesores de los Departamentos de Ingeniería Biomédica, Ingeniería Mecánica, Cirugía Ortopédica y Medicina Dental. Los co-PI y líderes de tareas incluyen a Treena Arinzeh, profesora de ingeniería biomédica; Gerard Ateshian, Profesor Andrew Walz de Ingeniería Mecánica y Profesor de Ingeniería Biomédica; Alice Huang, profesora asociada de Bioingeniería (en Cirugía Ortopédica); y Roshan Shah, profesor asociado de ortopedia (en cirugía ortopédica) Russell A. Hibbs y director de reconstrucción compleja; Chang Lee, profesor asociado de Ingeniería Craneofacial (en Medicina Dental).
Con el equipo de Columbia trabaja James L. Cook dinner, William & Kathryn Allen, catedrático distinguido de cirugía ortopédica de la Universidad de Missouri, quien dirigirá las pruebas preclínicas. Dres. Cook dinner y Shah también dirigirán el ensayo clínico, que reclutará pacientes de ambas universidades. El equipo se está asociando con la New York Stem Cell Basis y el New York Blood Heart para la fabricación GMP de NOVAJoint.
«Este es un gran desafío, pero esperamos tener éxito si creamos un equipo grande y experimentado que trabaje bien en conjunto y pueda concentrarse en un objetivo», afirmó Chahine, líder en investigación ortopédica. «NOVAJoint marcará un hito importante en el campo de la medicina regenerativa y la cirugía ortopédica, y tiene el potencial de revolucionar los tratamientos musculoesqueléticos de muchas articulaciones que degeneran con la edad o una lesión».
Equidad y comercialización
Además del avance de la ciencia, la equidad y la comercialización son pilares clave para el éxito programático de este proyecto. Parte de la visión de NITRO es establecer un camino claro hacia la comercialización, que es un requisito previo para la traducción clínica exitosa y el impacto de tecnologías disruptivas como NOVAJoint. ARPA-H tiene un firme compromiso con el acceso equitativo a la atención médica para todos, independientemente de la raza, etnia, género/identidad de género, orientación sexual, discapacidad, geografía, empleo, seguro y nivel socioeconómico.
«Nuestro objetivo es llevar el reemplazo de rodilla a su siguiente etapa de evolución y crear una mejor solución a la osteoartritis para todos los estadounidenses. Todos los días, los pacientes me preguntan sobre los nuevos avances en la cirugía de reemplazo de rodilla, con la esperanza de validar sus años de sufrimiento antes de buscar atención. «, cube el Dr. Shah. «Ahora tengo algo que decirles. Creo que las grandes empresas ortopédicas seguirán de cerca este proyecto y competirán por la oportunidad de comercializar NOVAJoint a nivel nacional».
Para cumplir con estos objetivos programáticos, el equipo también aprovechará la experiencia y los recursos del Instituto Irving de Investigación Clínica y Traslacional y Columbia Know-how Ventures. El equipo de NOVAJoint incluirá un Oficial de Equidad de tiempo completo que ayudará a desarrollar indicadores clave de desempeño de la equidad. El oficial de equidad trabajará en estrecha colaboración con Rachel C. Shelton, profesora asociada de ciencias sociomédicas en la Escuela de Salud Pública Mailman y codirectora del recurso básico de participación comunitaria (CECR) del Instituto Irving y Lisa Royse, Departamento de Cirugía Ortopédica de la Universidad de Missouri. , para fomentar la investigación realizada en asociación con partes interesadas de la comunidad para informar mejor la aplicación de los hallazgos científicos en entornos clínicos y comunitarios.
El equipo de investigación
La facultad científica y clínica de Columbia incluye:
- Clark Hung, Profesor de Ingeniería Biomédica y Ciencias Ortopédicas (en Cirugía Ortopédica)
- Gerard Ateshian, profesor Andrew Walz de ingeniería mecánica y profesor de ingeniería biomédica
- Nadeen Chahine, profesora asociada de ingeniería biomédica (en cirugía ortopédica)
- Alice Huang, profesora asociada de bioingeniería (en cirugía ortopédica)
- Treena Arinzeh, profesora de ingeniería biomédica
- Chang Lee, profesor asociado de ingeniería craneofacial (en medicina dental)
- Roshan Shah, profesor asociado Russell A. Hibbs y director de reconstrucción compleja en la Universidad de Columbia
- Kam Leong, Profesor Samuel Y. Sheng de Ingeniería Biomédica (en Biología de Sistemas)
- Helen Lu, Percy Ok. y Vida LW Hudson Profesora de Ingeniería Biomédica y Vicedecana Senior de Asuntos y Avance Docente
- X. Edward Guo, Profesor Stanley Dicker de Ingeniería Biomédica y Profesor de Ciencias Médicas (en Medicina)
- José McFaline-Figueroa, profesor asistente de ingeniería biomédica
- Samuel Sia, Profesor de Ingeniería Biomédica, Vicerrector del Cuarto Propósito e Impacto Estratégico
- Steve Thomopoulos, profesor de biomecánica de los laboratorios Robert E. Carroll y Jane Chace Carroll (en cirugía ortopédica e ingeniería biomédica)
- Elan Goldwaser, Profesor Asistente de Medicina Deportiva (en el Centro de Medicina Acquainted y Comunitaria, en Medicina y Cirugía Ortopédica) en CUIMC
- Mildred Embree, Dr. Edwin S. Robinson, profesor asociado de medicina dental
- Joanna Smeeton, HK Corning Profesora adjunta de Investigación en Rehabilitación y Medicina Regenerativa (en Rehabilitación y Medicina Regenerativa) (en Genética y Desarrollo)
