Ученые создали биоактивный материал, способствующий регенерации здорового хряща в суставах непосредственно в организме человека. Материал представляет собой сложную сеть пептидных нановолокон и обработанной гиалуроновой кислоты, воспроизводящей среду природного хряща. Испытания на овцах показали существенное восстановление за шесть месяцев.
С возрастом хрящ, окружённый суставами, изнашивается из-за постоянных механических нагрузок. Такой износ может вызвать болезненные и инвалидизирующие состояния, например, остеоартрит. У людей с интенсивной физической деятельностью, таких как спортсмены или работники складов, хрящ разрушается быстрее. В отличие от костной и других тканей организма, хрящ не способен к регенерации с рождения.
В настоящее время лечение в основном сводится к замене сильно поврежденных суставов протезами. По приблизительным подсчётам специалистов, ежегодно выполняется около 1,3 миллиона операций по замене коленного сустава. Другие методы основаны на пересадке хряща, но приживаемость трансплантатов и доступность доноров ставят под сомнение эффективность такого лечения.
Для стимуляции регенерации хряща применяют процедуру, при которой в кости создаются искусственные микропереломы. Новая ткань — фиброхрящ (такой же, как у наших ушей), обладает свойствами хуже, чем гиалиновый хрящ, дающий нашим суставам эластичность и подвижность.
В новом исследовании, недавно вышедшем в журнале… Специалисты из Северо-Западного университета и Университета Висконсин-Мэдисон разработали новый метод восстановления хряща. Новая терапия способна стимулировать восстановление тканей, не поддающихся естественному заживлению.
Метод лечения может стать ответом на важную незамеченную потребность в медицине. — Объясняет в пресс-релизе Сэмюэл И. Штупп, руководивший исследованием в Северо-Западном университете.
Обзор состояния сустава, не получавшего лечения, и обработанного новым биоматериалом.
Материал, который стимулирует размножение хрящевых клеток.
Методика построена на применении биоактивных каркасов для стимулирования роста хрящевых клеток. Предыдущие исследования выявили перспективность этих структур как альтернативы для регенерации хряща после его наполнения собственными клетками. Такой подход исключает необходимость дорогостоящих и ресурсоемких манипуляций ex vivo, характерных для клеточной терапии.
Эти каркасы обычно делают из натуральных полимеров или полисахаридов, например гиалуроновой кислоты (она есть в хряще и синовиальной жидкости, смазывающей суставы), что позволяет им копировать химическую среду натурального хряща. Их также пропитывают биологически активными веществами, такими как трансформирующий фактор роста β (TGFβ), цитокин, который нужен для дифференциации и роста клеток. В экспериментах in vitro и на маленьких животных моделях эти материалы показали способность стимулировать размножение хондроцитов (больших округлых клеток, из которых состоит хрящ).
Мало веществ способно восстанавливать хрящ в моделях крупных животных из-за высокой механической нагрузки на суставах.
Новый состав команды Штуппа включает биоактивный пептид, связанный с TGFβ, и модифицированную гиалуроновую кислоту для устранения этих пробелов. Гиалуроновая кислота популярна благодаря применению в косметике. «, — объясняет Штупп. «Также имеется в натуральном виде во множестве тканей тела человека, таких как суставы и мозг. Выбор пал на неё по сходству с природными полимерами, находящимися в хряще. «, — говорит он.
Это соединение заставляет волокна самостоятельно формировать сеть, которую можно применять в качестве надежной основы для стимуляции размножения клеток хряща.
Восстановление более прочного хряща к концу шестого месяца.
Для оценки нового материала учёные выбрали овец с повреждениями хряща голени — сложного сустава бедра, голени или надколенника четвероногих, соответствующего колену у человека. Выбор пал на эти модели из-за схожести механической нагрузки, которую выдерживают их голени, с нагрузкой, приходящейся на человеческие коленные суставы. Овечий хрящ, как и человеческий, крайне сложно регенерировать.
Например, «Исследования на овцах более точно предсказывают эффективность лечения для людей. «, — объясняет Штупп. «Мелкие животные восстанавливают хрящ куда проще. «, — добавляет он.
Чтобы ввести материал в поврежденные суставы овец, его размололи до пастообразного состояния. При контакте с кальцием костей он затвердевал, создавая резинообразную матрицу, где начинали делиться хондроциты. Новые клетки заполняли очаги поражения по мере разрушения каркаса.
По истечении полугода наблюдалось существенное улучшение, и качественная составляющая восстановленной ткани значительно превышала показатели контрольных моделей. Восстанавливая хрящ, метод должен быть более прочным, чтобы устранить проблемы подвижности и долговременную боль в суставах, замещая необходимость реконструкции суставов большим объемом материала. «, — говорит Штупп.
Специалисты полагают, что материал в будущем можно применять для восстановления суставов во время открытых операций. Такое лечение может быть эффективнее у людей, так как после операции нас временно иммобилизируют, что способствует регенерации хряща. До начала клинических испытаний требуется дополнительная работа по проверке безопасности терапии.