Кости, выращенные в лаборатории — прорыв в ортопедии

Технологию, первоначально разработанную для обнаружения гравитационных волн, можно применить для создания тканевых костных трансплантатов, которые можно использовать в ортопедической медицине. Это изобретение вернет возможность ходить тысячам жертв противопехотных мин.

Разработка под названием «нанокикинг» (nanokicking), или «нановибрации», позволила ученым из университета Стратклайда (University of Strathclyde, Glasgow) и университета западной Шотландии (University of the West of Scotland) впервые создать в лаборатории трехмерные образцы минерализованной кости, пригодные для трансплантации.

В статье, опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering, исследователи описывают, как они использовали технологию на основе сложных лазерных интерферометрических систем, созданных для обнаружения гравитационных волн астрофизических объектов. В новом исследовании эта технология нашла применение для превращения мезенхимальных клеток, взятых у доноров, в трехмерные костные клетки. Эти трехмерные живые костные трансплантаты, имплантированные пациентам, в будущем смогут восстанавливать или заменять поврежденные участки кости.

Почему это изобретение — невероятно важный прорыв?

Кость является второй самой используемой для пересадки тканью после крови, и применяется в реконструктивных, челюстно-лицевых и ортопедических операциях. В настоящее время, однако, хирурги могут взять весьма ограниченное количество живой костной ткани только у самого пациента для аутотрансплантации, поскольку кость от других доноров с высокой вероятностью будет отторгаться.

Эта особенность позволяет «починить» лишь небольшие костные дефекты, а в случаях большой потери костной ткани хирурги чаще всего бессильны помочь пациентам. Новая методика позволит выращивать костную ткань, пригодную для «реставрации» даже довольно объемных дефектов.

Как это работает?

Мезенхимальные стволовые клетки, которые вырабатываются в костном мозге, могут дифференцироваться в ряд специализированных типов клеток, таких как костная ткань, хрящ, связка, сухожилие и мышечная ткань. Нановибрации подвергает клетки, подвешенные в коллагеновом геле, ультратонким воздействиям. Вибрации превращают клетки внутри геля в «костяную шпаклевку», которая может быть использована при лечении переломов костей для заполнения разломов и трещин. Использование собственных мезенхимальных клеток пациентов означает, что хирурги смогут предотвратить проблему отторжения, и смогут заполнять даже большие разломы и впадины.

Мэтью Далби (Matthew Dalby), профессор клеточной инженерии в Университете Глазго и один из ведущих авторов статьи назвал изобретение воздействия нановибраций на мезенхимальные клетки «грандиозным прорывом в ортопедии и огромным шагом в будущее». «Мы особенно взволнованы этим открытием, поскольку большая часть работы, которую мы делаем сейчас, финансируется благотворительной организацией сира Бобби Чарльтона (Bobby Charlton) «Найди лучший способ» (Find a Better Way), помогающей людям, пострадавшим от разрушительного действия наземных мин и других взрывоопасных пережитков войны. Теперь, когда мы разработали процесс до такой степени, что он стал легко воспроизводимым и доступным, в ближайшее время мы начнем наши первые клинические испытания на людях», — сказал Мэтью Далби.

Где будет применяться новая технология?

Производство синтетической готовой костной ткани потенциально сможет изменить к лучшему жизнь неисчислимого числа гражданских жертв взрывов по всему миру.

Проект «Найти лучший путь» в Университете Глазго возглавляет профессор биоинженерии Мануэль Сальмерон-Санчес (Manuel Salmeron-Sanchez). В проекте «Найти лучший путь» команда ученых планирует объединить методику создания «костной шпаклевки» с методикой изготовления больших трехмерных печатных каркасов, чтобы иметь возможность заполнить обширные костные дефекты.

Профессор Сальмерон-Санчес недавно посетил Камбоджу, чтобы встретиться с местными жителями, которые пострадали от противопехотных мин. «Для многих людей, которые потеряли ноги при взрывах мин, разница между тем, чтобы быть навсегда привязанным к инвалидному креслу, и возможностью использовать протез, иногда составляет всего несколько сантиметров кости», — сказал он. Новая технология позволит если не вырастить новую конечность, то хотя бы нарастить кость до такой длины, которая позволит изготовить удобный протез.

Профессор Далби рассказал, что метод воздействия нановибраций уже был успешно применен в ветеринарии: ученые спасли собаку от ампутации лапы, срастив сломанную кость при помощи трехмерного каркаса и «костной шпаклевки».

Биореакторы нановибраций, разработанные исследователями, в настоящее время уже тестируются в сети лабораторий по всей Великобритании. Поскольку мезенхимальные клетки могут дифференцироваться во множество других типов клеток, исследователи ожидают, что в будущем можно будет выращивать для пересадки не только костную ткань, но и хрящи, связки, сухожилия, а также мышечную ткань.