Ученые создали технологию, ускоряющую рост костной ткани

Инженеры-химики Массачусетского технологического института разработали новый способ стимуляции роста костной ткани – каркас, покрытый пористой мембраной, который использует химические процессы человека, происходящие после травмы костей. Пористая мембрана пропитана факторами роста.

Методика включает в себя имплантацию в поврежденную кость каркаса, при этом факторы роста стимулируют здоровые клетки «чинить» поврежденные. В результате на поврежденном участке формируется новая здоровая костная ткань.

Данная методика является намного проще и лучше по сравнению с современными методами лечения, которые включают в себя пересадку костной ткани из другой части тела пациента в поврежденную. Этот процесс является болезненным, дорогим и часто просто недостаточным для полного излечения травмы.

После вывиха или перелома тело выделяет два основных фактора роста, которые помогают формироваться новой костной ткани: фактор роста тромбоцитов (PDGF) и костный морфогенетический белок (BMP-2), предназначенный для стимуляции естественной регенерации костной ткани. Эти факторы влияют на незрелые клетки таким образом, что в результате они становятся остеобластами – молодыми остеобразующими клетками кости, предназначенными для создания новой костной ткани.

После травмы кости первым выделяется фактор роста тромбоцитов PDGF. Затем начинают появляться и другие факторы, в том числе и BMP-2, создавая необходимые условия для регенерации костной ткани.

Ранее были проведены попытки создания костной ткани с помощью факторов, однако они заканчивались неудачей. Проблема состояла в том, чтобы правильно доставить их в травмированное место и в нужном количестве. Из-за очень больших объемов факторы роста слишком быстро поступают в места повреждения и быстро выводятся. Таким образом, они не успевают воздействовать на клетки для восстановления тканей и могут вызвать нежелательные побочные эффекты.

«Факторы роста будут доставляться в поврежденное место очень медленно в количестве нанограмма или микрограмма. Затем очень важно, чтобы в процесс включились стволовые клетки, которые есть в костном мозге, и сформировалась сосудистая система, чтобы доставлять их к месту поражения», – говорит автор разработки, доктор Паула Хаммонд (Paula Hammond).

Процесс введения факторов роста требует времени, поэтому в идеале они будут вводиться медленно в течение нескольких дней или недель. Для того чтобы достичь этого, команда MIT создала очень тонкий каркас, толщиной около 0,1 миллиметра, покрытый пористой мембранной, пропитанной PDGF и BMP. Используя технологию сборки «слой за слоем», они сначала покрыли каркас 40 слоями BMP-2, а поверх них нанесли еще 40 слоев PDGF, сообщает ресурс newsoffice.mit.edu.

«Это большое достижение для восстановления костной ткани, так как высвобождение сигнальных белков должно быть медленное и запланированное» – говорит профессор химической инженерии в Университете штата Мичиган Николас Котов (Nicholas Kotov).

Еще одно преимущество данного каркаса состоит в том, что он является биоразлагаемым и разрушается внутри тела человека в течение нескольких недель.

Пока исследователи проверили каркас на крысах, имеющих достаточно большой дефект черепа, около 8 миллиметров в диаметре. Команда Хаммонда на основе данной разработки подала заявку на патент и теперь стремится начать тестирование технологии на более крупных животных в надежде на то, чтобы в конечном счете перейти на клинические испытания.