Как вырастить новую кость
Исследователи Массачусетского технологического института, работающие под руководством профессора Полы Хаммонд (Paula Hammond), разработали новый биоразлагаемый каркас для восстановления крупных дефектов костной ткани. При имплантации в зону повреждения каркас в течение нескольких недель медленно высвобождает нанесенные на него поверхность факторы роста, стимулирующие быстрое формирование новой костной ткани, практически не отличающейся от нормальной.
Двумя наиболее важными факторами роста кости являются фактор роста тромбоцитов (PDGF, platelet-derived growth factor) и морфогенетический белок кости-2 (BMP-2, bone morphogenetic protein). Синтез и высвобождение PDGF является одним из первых этапов восстановительного каскада, запускаемого организмом при травмах костной ткани. После этого для создания микроокружения, необходимого для привлечения и дифференцировки стволовых клеток, а также формирования вспомогательных структур, таких как кровеносных сосуды, запускается синтез других факторов, в том числе BMP-2.
Попытки лечения дефектов кости с помощью факторов роста не привели к желаемым результатам из-за невозможности точного контроля над скоростью введения и вводимыми дозировками. При введении больших доз с большой скоростью факторы роста быстро выводятся из зоны повреждения, что снижает их вклад в восстановление ткани и может приводить к нежелательным побочным эффектам.
Процесс восстановления протекает достаточно медленно, поэтому факторы роста должны поступать в зону повреждения постепенно в течение нескольких дней или недель. Для обеспечения такого режима авторы разработали очень тонкий пористый материал, покрытый слоями PDGF и BMP, из которого можно вырезать фрагмент в форме костного дефекта.
Каркас, толщина которого составляет примерно 0,1 миллиметра, представляет собой мембрану из биоразлагаемого полимера полилактида-ко-гликолида [poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA], на которую методом послойной сборки сначала наносится примерно 40 слоев BMP-2, которые покрываются еще примерно 40 слоями PDGF. Это обеспечивает быстрое высвобождение PDGF и отложенное более медленное высвобождение BMP-2.
Авторы протестировали свою разработку на крысах с не подлежащими самостоятельному восстановлению дефектами черепа, размер которых достигал 8 мм в диаметре. PDGF, высвобождаемый в течение первых дней после имплантации, способствовал запуску восстановительного каскада и мобилизации различных клеток-предшественников в зоне повреждения. Эти клетки, в свою очередь, обеспечивали формирование новых тканей, в том числе кровеносных сосудов и других вспомогательных структур.
После этого более медленно высвобождаемый BMP-2 индуцировал превращение части незрелых клеток-предшественников в формирующие костную ткань остеобласты.
В результате в течение двух недель после имплантации в зоне повреждения формировался слой кости, по внешнему виду и механическим свойствам неотличимый от естественной костной ткани.
Разработчики уже запустили процесс патентования нового каркаса и планируют в ближайшее время протестировать его на более крупных животных моделях.
Статья Nisarg J. Shah et al. Adaptive growth factor delivery from a polyelectrolyte coating promotes synergistic bone tissue repair and reconstruction опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT: Engineering new bone growth.
20.08.2014