Новый хрящ можно вырастить прямо в организме пациента
NanoNewsNet по материалам Duke University: Gene Therapy Might Grow Replacement Tissue Inside the Body
Соединив синтетический материал подложки с вирусными векторами для доставки генов, исследователи из Университета Дьюка (Duke University) вплотную подошли к возможности выращивания нового хряща прямо в организме больного, там, где это необходимо.
Восстановление тканей с помощью стволовых клеток, как правило, требует применения больших количеств белковых факторов роста, что очень дорого и сложно выполнимо, если клетки уже имплантированы в организм. Однако ученые из Университета Дьюка нашли способ обойти это ограничение: генетически изменив стволовые клетки, они заставили их самостоятельно производить ростовые факторы.
Встроив вирусы, используемые для доставки в стволовые клетки нужных генов, в синтетический материал, служащий подложкой для роста хрящевой ткани, они получили материал, который можно сравнить с компьютером. Подложка в таком компьютере – это железо, а вирус – программное обеспечение, программирующее стволовые клетки на создание нужной ткани.
Результаты исследования американских ученых опубликованы онлайн в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (Brunger et al., Scaffold-mediated lentiviral transduction for functional tissue engineering of cartilage).
Фаршид Гилак (Farshid Guilak), PhD, руководящий ортопедическими исследованиями в Медицинском центре Университета Дьюка, уже много лет занимается разработкой биоразлагаемых синтетических подложек, имитирующих механические свойства хряща. Однако на этом пути он и другие исследователи-биомедики столкнулись со многими проблемами, одна из которых состоит в том, чтобы заставить стволовые клетки образовывать хрящ внутри и вокруг подложки, особенно после того, как она имплантирована в организм живого существа.
Традиционный подход заключается во введении белков – факторов роста, – которые подают стволовым клеткам сигнал о необходимости дифференцироваться в хрящ. Как только процесс начинает идти полным ходом, растущий хрящ можно имплантировать туда, где он нужен.
«Но главным ограничением в инженерии тканевых заменителей всегда были трудности с доставкой факторов роста к стволовым клеткам, когда они имплантированы в организм», – объясняет доктор Гилак, профессор кафедры биомедицинской инженерии Университета Дьюка. «В подложку можно поместить лишь ограниченное количество фактора роста, и как только он высвободился, он разрушается. Нам нужен метод долговременной доставки факторов роста, и здесь нам на помощь приходит генная терапия».
Доцент кафедры биомедицинской инженерии и эксперт в области генной терапии Чарльз Герсбах (Charles Gersbach), PhD, к которому профессор Гилак обратился за помощью, предложил ввести в стволовые клетки новые гены, чтобы они сами производили необходимые ростовые факторы.
Однако обычные методы генной терапии сложны и трудно переводимы в стратегию, на основе которой можно создать коммерческий продукт.
Этот тип генной терапии, как правило, требует забора стволовых клеток, их модификации с помощью вируса, встраивающего в их геном новые гены, культивирования генетически измененных стволовых клеток, пока они не достигнут критической массы, нанесения их на синтетическую хрящевую подложку и, наконец, имплантации всей этой структуры в организм.
«С этим процессом много проблем, а одна из них в том, что в нем слишком много шагов», – поясняет доктор Герсбах. «Поэтому мы обратились к ранее разработанной мною методике, в которой вирусы, доставляющие новые гены, закрепляются на поверхности какого-либо материала».
В новом исследовании методика Герсбаха – названная биоматериал-опосредованной доставкой генов (biomaterial-mediated gene delivery) – используется для того, чтобы индуцировать продукцию стволовыми клетками, помещенными на синтетическую хрящевую подложку Гилака, белковых факторов роста. Результаты показывают, что этот метод работает и что полученный композитный материал, по крайней мере, так же хорош, биохимически и биомеханически, как если бы факторы роста вводились в лаборатории.
Срез инженерной ткани, показывающий хрящ (красный),
заполняющей пространство между пучками полимерных волокон (белые).
(Charles Gersbach and Farshid Guilak, Duke University)
«Мы хотим, чтобы новый хрящ внутри и вокруг синтетической подложки образовывался со скоростью, которая сравнима или превосходит скорость разложения подложки», – объясняет аспирант Джонатан Брунгер (Jonathan Brunger), принимавший участие в разработке и тестировании нового метода в лабораториях обоих ученых. «Тогда, пока стволовые клетки будут создавать новую ткань (в организме), нагрузку на сустав будет принимать на себя подложка. В идеальном случае можно в конечном итоге получить жизнеспособную новую хрящевую ткань, замещающую синтетический материал».
Хотя это исследование фокусируется на регенерации хряща, по мнению Гилака и Герсбаха, этот метод может быть применен ко многим видам тканей, особенно к ортопедическим тканям, таким как сухожилия, связки и кости. И так как новая платформа готова к использованию с любыми стволовыми клетками, она представляет собой важный шаг к коммерциализации их метода.
«Одним из преимуществ нашего метода является то, что мы избавились от доставки ростового фактора, дорогого и нестойкого, и заменили ее подложкой, функционализированной вирусным вектором», – подводит итог доктор Герсбах. «Загруженная вирусом подложка может стать продуктом массового производства и всегда иметься в клинике, готовая к использованию».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
24.02.2014