Американские ученые разработали способ создания более доступных и действенных искусственных каркасов для регенерации и роста костной ткани, используя яичную скорлупу, экологичный пластик и технологию 3D-печати. В перспективе этот метод позволит ускорить заживление переломов и даже создавать недостающие фрагменты скелета.
В человеческом теле существует пространство, в котором отдельные клетки объединяются, формируя единый многоклеточный организм. Это место называется внеклеточным матриксом. Она во многом схожа с государством, где обитают клетки-граждане: она обеспечивает их благополучие и контролирует все сферы их существования, включая питание, размножение и даже завершение жизненного цикла.
Внеклеточный матрикс также служит основой кости, выступая в роли своеобразного «строительного каркаса», который определяет, как будут действовать клетки костной ткани, остеобластам, они определяют, в каком направлении следует двигаться, и обеспечивают необходимыми ресурсами».
Искусственные каркасы теперь можно создавать для выращивания костных частей за пределами организма, после чего их хирургическим путем имплантируют на место отсутствующих фрагментов. Тем не менее, эксперты предупреждают, что эта технология не всегда эффективна и может вызвать осложнения, а также нанести вред.
Американская команда биоинженеров во главе с Гульден Камчи-Унал взялась за устранение недостатков данного метода ( Gulden Camci-Unal) из Массачусетского университета в Лоуэлле. Ученые нашли более эффективный и доступный метод восстановления и выращивания. Данное исследование было представлено в статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Биоинженеры использовали смесь, состоящую из микрочастиц яичной скорлупы и экологически чистого пластика поликапролактона, затем из полученного изображения был создан искусственный каркас на 3D-принтере, обеспечивающий условия для культивирования костной ткани в лаборатории.
Яичная скорлупа – это природный материал, преимущественно состоящий из кальция, химического элемента, важного для нормального развития костной ткани. Ранее команда Камчи-Унал выяснила, яичная скорлупа способствует регенерации костной ткани.
Для дальнейших исследований ученые протестировали различные типы каркасов, изготовленных с использованием разного количества микрочастиц яичной скорлупы и поликапролактона, добавляя в «смесь» мезенхимы — эмбриональный проток соединительной ткани. В подходящих условиях мезенхима должна дифференцироваться в остеобласты — клетки, отвечающие за рост костной ткани.
Через две недели ученые обнаружили, что в каркасе с наибольшей концентрацией мезенхимы яичной скорлупы началось формирование остеобластов, что свидетельствует о развитии костной ткани.
«Яичная скорлупа содержит вещества, аналогичные тем, что присутствуют в костной ткани. Благодаря новой технологии появится возможность ввести организм в заблуждение, побуждая его воспринимать яичную скорлупу как собственный материал, необходимый для роста костей», — пояснила Камчи-Унал.
Авторы научной работы утверждают, что разработанные ими уникальные каркасы обладают потенциалом стать более доступной, действенной и экологичной альтернативой существующим технологиям. В настоящее время ученые планируют провести дополнительную проверку своего метода. Поскольку клетки находились в каркасе ограниченное время во время лабораторных экспериментов, для оценки возможности использования данного подхода в восстановлении костной ткани или выращивании новых костей необходимы более продолжительные испытания.