С помощью яичной скорлупы, экологичного пластика и 3D-принтера американские исследователи научились создавать более дешевые и эффективные версии искусственных каркасов для восстановления и выращивания костной ткани. В будущем благодаря этому методу можно ускорить процесс срастания костей после перелома и даже выращивать недостающие части скелета.
В организме человека есть пространство, где происходит объединение разрозненных клеток в единый многоклеточный организм. Эту область называют внеклеточным матриксом. Она чем-то напоминает государство, в котором живут граждане-клетки: отвечает за благополучие клеток и управляет всеми аспектами их жизни — от питания и размножения до смерти.
Еще внеклеточный матрикс представляет собой основу кости, своего рода «строительный каркас», который указывает клеткам костной ткани, остеобластам, в каком направлении двигаться, а также снабжает их «пищей».
Ученые научились создавать такие каркасы искусственным путем, чтобы выращивать в них части костей вне тела, а затем хирургически внедрять на место отсутствующих фрагментов. Однако специалисты отмечают, что этот метод не всегда работает: зачастую он может только навредить и привести к различного рода осложнениям.
Исправить недостатки такого метода вызвалась команда американских биоинженеров под руководством Гульден Камчи-Унал (Gulden Camci-Unal) из Массачусетского университета в Лоуэлле. Они разработали более эффективный и дешевый способ восстановления и выращивания. Об этом исследователи рассказали в статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Биоинженеры взяли смесь из микрочастиц яичной скорлупы и экологичного пластика поликапролактона, а после напечатали из нее на 3D-принтере искусственный каркас, который позволяет выращивать костную ткань в лабораторных условиях.
Яичная скорлупа — природный продукт, который в основном содержит кальций, химический элемент, необходимый для правильного формирования скелета. Ранее команда Камчи-Унал выяснила, что яичная скорлупа помогает в восстановлении костной ткани.
Далее исследователи испытали несколько видов каркасов, созданных из разного количества микрочастиц яичной скорлупы и поликапролактона, добавив в «смесь» мезенхимы — эмбриональный зачаток соединительной ткани. При правильных условиях мезенхимы должны превращаться в остеобласты — клетки, необходимые для роста костей.
Спустя 14 дней ученые заметили, что в искусственном каркасе с наибольшим количеством яичной скорлупы мезенхимы начали развиваться в остеобласты, то есть стала формироваться костная ткань.
«В яичной скорлупе есть компоненты, существующие в костной ткани. Поэтому с помощью новой технологии можно будет обмануть организм, заставляя его думать, что для роста костей он использует собственный материал», — пояснила Камчи-Унал.
По словам авторов научной работы, созданные ими уникальные каркасы смогут стать дешевым, эффективным и более экологичным аналогом уже существующих технологий. Теперь ученые собираются провести дополнительную проверку своего метода. Во время лабораторных экспериментов клетки «жили» в каркасе короткое время, поэтому, прежде чем использовать этот способ для восстановления настоящих костей либо выращивания новых, потребуются более длительные испытания.