Ученые выяснили, что обработка свиных хрящей ультразвуком позволяет получить материал, лучше всего подходящий для создания имплантируемых тканевых эквивалентов хряща. При этом сохраняется максимальное количество коллагена и гликозаминогликанов, необходимых для эластичности, поддержания жизнеспособности и дифференцировки мезенхимальных стромальных клеток в хрящ. Об исследовании рассказала пресс-служба Российского научного фонда.
Повреждение суставного (гиалинового) хряща — наиболее распространенное заболевание опорно-двигательного аппарата. Без терапии оно приведет к воспалению и разрушению поверхности сустава. При этом современные методы лечения либо только снимают симптомы повреждения (инъекции гиалуроновой кислоты), либо недостаточно эффективны (хирургическое вмешательство), поэтому ученые рассматривают тканевую инженерию как перспективный подход к решению проблемы. Тканевая инженерия — это создание тканей и органов, в том числе их искусственных аналогов, моделирующих основные функции природной ткани, которые можно пересадить в организм пациента и заменить ими поврежденные.
Сегодня ученые активно исследуют так называемые децеллюляризованные каркасы — это ткани или органы, из которых удалены все клетки, однако сохранен внеклеточный матрикс (то есть структуры, которые поддерживают жизнеспособность клеток и сохраняют форму органа). Децеллюляризованная свиная кожа, мочевой пузырь, тонкая кишка и сердечные клапаны уже активно используются в медицине, поскольку обработка мягких тканей относительно проста. Но хрящ — плотная структура с низкой пористостью, поэтому удалить из нее все клетки сложно. Если же они останутся, это может привести к отторжению имплантата. Разные методы децеллюляризации часто повреждают коллаген (белок, который составляет основу этой ткани), факторы роста (биомолекулы, стимулирующие деление клеток) и гликозаминогликаны (компоненты межклеточного матрикса, которые участвуют в межклеточных взаимодействиях). Поэтому исследователям необходимо понимать, какой именно метод наносит наименьшие повреждения ткани при ее обработке.
Ученые из НМИЦ трансплантологии и искусственных органов имени академика В. И. Шумакова Минздрава России (Москва) с коллегами исследовали механические, биохимические и биологические свойства микрочастиц децеллюляризованного свиного хряща. Для экспериментов использовали образцы, полученные при помощи разных методов децеллюляризации с использованием поверхностно-активных веществ, отличающихся только способами дополнительного физического воздействия: циклов замораживания и оттаивания, обработки сверхкритическим диоксидом углерода и воздействия ультразвуком. Под воздействием этих методов клетки разрушаются и удаляются из ткани.
Ученые пришли к заключению, что все способы обработки уменьшают количество гликозаминогликанов и коллагена в хрящевой ткани, а также снижают ее упругость. Тем не менее оказалось, что на образцах, полученных с помощью обработки хряща ультразвуком, стволовые клетки более эффективно превращаются в клетки хрящевой ткани. В тех же самых образцах наблюдалось более высокое содержание гликозаминогликанов (37 % от исходного уровня) и коллагена (82 %). Ученые доказали высокую биосовместимость децеллюляризованной хрящевой ткани, полученной с помощью ультразвука: микрочастицы успешно прижились после имплантации в организм крыс.
«Наше исследование показало, что использование всех трех методов обработки позволяет эффективно удалить клеточное содержимое из микрочастиц суставного хряща свиньи, — комментирует руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Виктор Севастьянов, доктор биологических наук, профессор НМИЦ ТИО имени академика В. И. Шумакова. — Также мы выяснили, что обработка ультразвуком — наиболее щадящий способ обработки хрящевой ткани. Сфера применения микрочастиц из децеллюляризированного хряща может включать как их прямое использование для тканевой инженерии и технологий регенеративной медицины, так и получение из них тканеспецифического гидрогеля для стимуляции восстановления суставного хряща».
В работе также участвовали ученые из Института медико-биологических исследований и технологий (Москва), Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, НИИ глазных болезней им. М. М. Краснова (Москва), НИТУ «МИСиС» (Москва), Сеченовского университета (Москва) и компании 3D Bioprinting Solutions (Москва).
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в The Journal of Biomedical Materials Research.