Это исследование предлагает возможность имплантации заменителя хряща для коленных, плечевых суставов, ушей и носа, поврежденных остеоартритом, спортивными травмами и несчастными случаями.
Исследователи университета Case Western Reserve обнаружили, что ауторемоделирование пластов мезенхимальных стволовых клеток, пронизанных крошечными вакуолями с фактором роста, приводит к образованию более толстой, жесткой хрящевой ткани, чем создаваемая с помощью ранее открытых методов тканевой инженерии. Описание исследования опубликовано в Journal of Controlled Release.
«Мы считаем, что возможно образование хрящевого диска из собственных стволовых клеток пациента, и существует возможность использования этого подхода без длительного культивирования перед имплантацией, что делает эту технологию очень привлекательной» — говорит профессор отдела биомедицинской инженерии и ортопедической хирургии, ведущий автор статьи Эбен Альсберг (Eben Alsberg).
Ученые поместила трансформирующий фактор роста бета-1 в биорастворимые микросферы желатина и распределила их по всему пласту стволовых клеток, тогда как стандартно пласт клеток погружают в фактор роста. «Этот процесс дал множество преимуществ» — говорит доктор Алсберг. Микросферы обеспечивают структуру, похожую на клеточный каркас, создавая пространство между клетками, которые сохраняются после растворения вакуолей. Эти пространства задерживают воду, от этого зависит степень упругости. Из-за воздействия химических веществ, выделяющихся клетками, желатиновые вакуоли разлагаются с управляемой скоростью. При растворении вакуоли, фактор роста выделяется в клетки внутреннего и наружного пластов, обеспечивая в новой хрящевой ткани более равномерную дифференцировку клеток.
Скорость разложения микросфер и, следовательно, дифференцировка клеток, могут быть адаптированы к той степени, в которой микросферы структурированы. В микросферах полимеры связаны разным числом нитей. Чем больше таких соединений или структур, тем больше времени требуется ферментам клетки для разрушения материала.
Исследователи сделали пять видов пластов клеток с разным наполнением: первый и третий слои были разреженной структуры с фактор роста и без, второй и четвертый плотной структуры, также с фактором роста и без него. А пятый как контрольный без микросфер. Последние три слоя были выращены в ваннах, содержащих фактор роста.
После трехнедельной культивации в чашке Петри все пласты клеток с микросферами были толще и выносливее, чем контрольный пласт. Пласт новой хрящевой ткани разреженной структурой с микросферами стал самым толстым и самым устойчивым.
Результаты показывают, что разреженная структура микросфер приводит к однородности, увеличению степени и скорости дифференцировки стволовых клеток в хондроциты.
Новые ткани макроскопически похожи на суставной хрящ, аналогично хрящу коленного сустава, когда округлые клетки окружены большим количеством матрицы, содержащей гликозаминогликаны (GAG). GAG – углеводы, связывающие ионы воды в тканях, что делает ткани более устойчивыми к давлению. Тестирование также показало, что этот пласт имел самый высокий объем коллагена II типа — основного белкового компонента суставного хряща. Хотя этот пласт клеток был значительно жестче, чем контрольные пласты, ученые все еще недовольны качеством. Группа Алсберга в настоящее время работает над различными способами оптимизации процесса и создания достаточно выносливых к износу хрящей.
Исследователи считают, что для пересадки могут быть использованы недельные или двухнедельные пласты. Внутренняя среда организма способна ускорит формирование хряща, и увеличить прочность и упругость тканей, завершив его созревание.