Впервые на российском сегменте Международной космической станции изготовлены 3D-аналоги костной ткани. В условиях микрогравитации материал приобретает более упорядоченную кристаллическую структуру по сравнению с земными образцами. Эксперименты на крысах показали, что «космические» материалы активнее стимулируют восстановление поврежденной ткани. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biomedical Technology.
Многочисленные космические миссии, проводимые различными странами, включая Россию, могут требовать изготовления биомедицинских материалов непосредственно в условиях космоса. Например, при переломах и травмах костей космонавтам понадобятся аналоги костной ткани. используютсяВ земных клиниках их применяют для замены повреждённой ткани и ускорения заживления кости. Ранее в условиях космоса это сделать не получалось.
Ученые из Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (Москва) с коллегами впервые в мире синтезировалиНа российском сегменте МКС создали трехмерные модели костной ткани с помощью магнитного биоассемблера. Это устройство собирает ткань из отдельных молекул под действием магнитных полей. Аналогичный эксперимент ученые провели на Земле, используя такой же магнитной биоассамблер, но влияние земной гравитации было единственным отличием.
В установку авторы поместили неорганический раствор (буфер) с порошком фосфата кальция – вещества, из которого формировался 3D-аналог костной ткани. Выбор пал на фосфат кальция вследствие его химического сходства с неорганическим компонентом кости и высокой биосовместимости.
За два дня экспериментов под воздействием магнитных полей из фосфата кальция образовались образцы ткани диаметром около пяти миллиметров, как в земных условиях, так и на МКС. Костные трансплантаты такого размера применяются в хирургии и стоматологии.
Доставка образцов на Землю позволила исследователям изучить их микроструктуру и физические свойства. Авторы установили, что аналоги костной ткани, сформированные в условиях МКС, обладают более упорядоченной структурой по сравнению с земными. Кристаллы фосфата кальция в этом случае росла со скоростью, одинаковой во всех направлениях из-за отсутствия действия земной гравитации. Такая регулярная структура должна способствовать лучшему прикреплению живых клеток и, как следствие, более быстрому восстановлению естественной костной ткани.
Биологи провели доклинические испытания образцов, применяя их для восстановления дефекта черепа у лабораторных крыс. В место повреждения животным вводился образец ткани, после чего раз в месяц отслеживали изменения в месте повреждения. Уже через три месяца вокруг обоих вариантов образцов — с МКС и синтезированных на Земле — начали появляться отдельные клетки новой костной ткани.
Через пять месяцев восстановления обнаружились различия между имплантатами. В эксперименте с земными образцами новообразованная костная ткань увеличилась незначительно: появились отдельные островки и тонкие ободки. Вокруг образцов, созданных на МКС, сформировались широкие ободки костной ткани. Это указывает на то, что материалы, синтезированные в условиях микрогравитации, способствуют более быстрому восстановлению повреждений по сравнению с земными имплантатами. Вероятно, это связано с тем, что более регулярная структура «космического» материала служит лучшей основой для роста и деления клеток.
Данная работа ясно показала научную новизну и важность фундаментальных исследований в космосе. Созданные «космические» материалы пригодны для замены и восстановления повреждений костной ткани как на Земле, так и во время длительных космических полетов. — говорит руководитель проекта, финансируемого грантом РНФ, Владимир Комлев, доктор технических наук, профессор РАН и МГУ, член-корреспондент РАН, директор ИМЕТ РАН.
В исследовании принимали участие сотрудники Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва), Московский государственный медицинский университет имени М.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Москва), Национальный медицинский научно-исследовательский центр радиологии Министерства здравоохранения Российской Федерации. Москве, лабораториям биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions. Казанского федерального университета (Казань).
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию.
Источник фото: ru.123rf.com