Разработана «шпатлевка», которая чинит поврежденные кости

Команда ученых из университетов Глазго, Стратклайда, западной Шотландии и Голуэйя создали устройство, которое направляет нановибрации сквозь мезенхимальные стволовые клетки, подвешенные в коллагеновом геле.

Авторы научной статьи, опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering, обнаружили, что эти крошечные вибрации превращают клетки в трехмерную модель минерализованной костной «шпатлевки». На этой стадии «шпатлевка» уступает костям в прочности. Но организм сам довершит начатое.

«Мы поместили костную „шпатлевку“ в анатомически правильную, устойчивую модель человеческого тела, созданную путем 3D-печати коллагена, — рассказывает Мэтью Долби, профессор клеточной инженерии университета Глазго и один из ведущих авторов статьи. — После чего мы поместили в тело множество клеток, чтобы ему удалось интегрировать эту новую кость. Мы заранее запрограммировали клетки в лаборатории, после чего тело приняло на себя функцию биореактора, чтобы доделать остальную работу».

Команда приступила к исследованиям еще в 2009 году, когда начала помещать клетки в вибрационные пластины и наблюдать, как они превращаются в костные ткани. «Нашей задачей было создать костную ткань в лабораторных условиях, чтобы потом использовать ее для помощи пациентам. Это значит, что ткань должна быть жизнеспособной, пористой и трехмерной», — заявил профессор.

Чтобы создать такую 3D-модель, команда обратилась к физикам, которые строят оборудование для замеров гравитационных волн. Благодаря таким приборам стало возможно программировать мезенхимальные стволовые клетки. Эти клетки обнаружили в костном мозге, и они способны формировать не только кости, но и хрящи, связки, сухожилия и жировую ткань. Сейчас с помощью вибраций в 1000 герц ученые могут поставить стволовым клеткам конкретную задачу: создать костную ткань. А гель, в котором они подвешены, позволяет клеткам стать трехмерными — они могут строиться вокруг коллагена, который является основным компонентом соединительной ткани человеческого организма. Такие гели биосовместимы с нашими телами, и это решит проблему отторжения тканей и позволит хирургам соединять поврежденные участки костей гораздо больших размеров.

Хирурги уже используют костные трансплантаты из таза, чтобы восстановить сломанные кости. Однако, они могут взять лишь несколько чайных ложек живого трансплантата. После этого им приходится использовать аллотрансплантат — образец, взятый у другого человека, из которого удалены все живые клетки, в качестве основы. К сожалению, чужой биоматериал серьезно увеличивает шансы на то, что тело начнет отторжение тканей.

Комбинация костной «шпатлевки» и искусственной сможет полностью вылечить или даже заменить поврежденные участки костей при остеопорозе. Также это поможет жертвам взрывов, автокатастроф и солдатам с осколочными ранениями.

Технологию начнут испытывать на людях в 2020 году, когда пластический хирург Национальной службы здравоохранения Англии впервые поместит маленький кусочек выращенной в лаборатории костной ткани в руку пациента.

Хирурги Госпиталя принцессы Александры в Брисбене (Австралия) провели первую в мире имплантацию напечатанного на 3D-принтере каркаса большой берцовой кости пациенту, страдавшему от серьезной формы остеомиелита.