Учені вперше змогли виростити в лабораторних умовах кісткову тканину. Успіх в цьому експерименті відкриває нові можливості для хірургів і трансплантологів – тепер вони зможуть відновлювати кістки людей, яким через серйозні травм загрожує ампутація кінцівок. Про виконану роботу вчені розповіли в журналі Nature Biomedical Engineering.
Команда вчених з Шотландії та Ірландії розробила пристрій, який генерує нановібраціі і проводить їх через розташовану в коллагеновом гелі суспензія мезенхімальних стовбурових клітин, здатних диференціюватися в остеобласти, клітини кістки.
Клітини утворюють «кісткову шпаклівку», як її називають дослідники, яка потім використовується для лікування переломів і хвороб, що руйнують кісткову тканину.
Використання власних мезенхімальних клітин пацієнта зводить до мінімуму ризик відторгнення і дозволяє лікувати серйозні пошкодження. Творці матеріалу вважають, що він стане відмінною заміною використовуваним сьогодні кістковим трансплантатом.
«Ми поміщаємо« шпаклівку »на анатомічно правильний колагеновий каркас. Ми використовуємо багато клітин одночасно, так що вони з великою ймовірністю утворюють нову фішку. У лабораторії ми як би пояснюємо їм, що треба робити, а організм пацієнта працює як біореактор, роблячи все інше », – пояснює Метью Далбі, професор клітинної інженерії в Університеті Глазго.
Команда почала роботу в цій галузі ще в 2009 році. Вчені поміщали клітини на віброплатформи і спостерігали, як ті утворюють кісткову тканину. Однак для того, щоб відновлювати пошкоджені кістки людей, матеріал повинен був володіти тривимірною структурою.
Для досягнення результату вони грунтувалися на запозиченої у фізиків техніці, що використовувалася для дослідження гравітаційних хвиль. Через спеціальні камери вчені пропускали коливання з амплітудою в 20 нанометрів. Для гравітаційних хвиль цього було б недостатньо, але для клітин підійшло відмінно.
«Ми беремо клітини пацієнта, поміщаємо їх в гель і ставимо все це в біореактор, де клітини вібрують зі швидкістю 1000 коливань в секунду», – розповідає Далбі.
Така частота коливань призводить до формування з клітин кісткової тканини. Колагеновий гель дозволяє їм утворювати тривимірну структуру. Колаген – основний компонент сполучної тканини людини, і гель біологічно сумісний з тканинами пацієнта.
Камера виконана з алюмінію і оснащена п’єзоприводи. Над ними розташована пластина, яка проводить вібрації. Сам матеріал закріплений на рухомій платформі. П’єзоприводи ритмічно скорочуються і розширюються, коли їм передається напруга. Вібрації з частотою, наприклад, 1000 Гц здатні регулювати роботу іонних каналів в клітинах, викликаючи приплив калію або кальцію.
Зараз для відновлення кістки після важких переломів хірурги використовують маленькі фрагменти тазової кістки пацієнта. Для трансплантації необхідна також кісткова тканина іншої людини без живих клітин.
Використання донорських тканин підвищує ризик відторгнення.
Нова технологія знизить цей ризик і дозволить уникнути додаткових операцій, щоб взяти кісткову тканину пацієнта.
Також вчені сподіваються допомогти жертвам терактів і військових, які втратили кінцівки. Нові руки і ноги, правда, виростити в лабораторії поки не вийде, але відкоригувати кістка так, щоб людина могла використовувати протез, цілком реально.
«Виживання людей все підвищується, але ми ще страждаємо від безлічі травм, – розповідає Далбі. – У співпраці з благодійною організацією сера Боббі Чарльтона (легенда англійського футболу – «Газета.Ru») ми вже довели ефективність нашого методу, відновивши собаці лапу, яку інакше довелося б ампутувати ».
Метод буде випробуваний на людину в 2020 році. Вчені планують відновити за допомогою «шпаклівки» кістку руки пацієнта.
На створення кісткової тканини і операцію по її імплантації піде не більше тижня, упевнений Далбі.
Біореактор тим часом відправиться в інші лабораторії для пошуку нових способів його застосування. Так, передбачається, що з його допомогою можна буде «вимикати» клітини раку кістки.