Потребность в эффективном лечении дефектов костей после переломов, инфекций или удаления опухолей крайне высока. Основной метод восстановления больших утрат костной ткани — трансплантация. Можно использовать кость самого пациента (аутотрансплантат) либо донорский материал — оба подхода связаны с неприятными побочными эффектами. В поисках идеальной «искусственной кости» нижегородские учёные предложили обратить внимание на архитектуру имплантов и показали, что регенерация кости с гетерогенными имплантами идёт в два раза быстрее, чем при стандартных имплантах с однородной структурой.
Кроме биомедиков Института клинической медицины Университета Лобачевского и Приволжского исследовательского медицинского университета (Нижний Новгород) в исследовании приняли участие специалисты из Сеченовского университета, Института химической физики имени Н.Н. Семёнова РАН и ФНИЦ «Кристаллографии и фотоники» РАН (Москва).
Результаты опубликованы в журнале Stem Cell Research & Therapy.
Использование собственной кости пациента не гарантирует полного закрытия дефекта, а создание аутотрансплантата — травмирующая операция с большими рисками. Костный материал от другого человека может быть отторгнут организмом. Главная цель авторов проекта — получить синтетические импланты с характеристиками, максимально близкими человеческой кости. Технология в целом готова: с помощью лазерной 3D-печати создаётся каркас (скаффолд), в его ячейки заселяются стволовые клетки пациента, и вся конструкция имплантируется на повреждённый участок.
«Синтетическая костная ткань состоит из множества ячеек, которые повторяют неоднородную структуру кости: с крупными порами внутри импланта и более мелкими на поверхности. Такая структура позволяет прорастать кровеносным сосудам, а скорость биодеградации скаффолда соответствует скорости восстановления кости», — сообщила заведующая лабораторией молекулярно-генетических исследований Института клинической медицины ННГУ Дарья Кузнецова.
В ходе исследования учёные воссоздали фрагмент черепа мыши — наноскаффолды с трёхслойной структурой. Импланты из биосовместимого материала на основе молочной кислоты напечатали на лазерном 3D-принтере в Сеченовском университете.
Технология позволяет настраивать скорость биодеградации материала, чтобы скаффолд рассасывался по мере восстановления кости.
«Регенерацию кости показывал метаболический имиджинг, а биодеградацию импланта оценивали с помощью флуоресцентной микроскопии. Благодаря сочетанию этих методов визуализации за счёт собственного свечения клеток мы доказали, что доставка кислорода, питательных веществ, минерализация и другие процессы интенсивнее на гетерогенных скаффолдах», — говорит Дарья Кузнецова.
В будущем авторы планируют усовершенствовать состав синтетической костной ткани и увеличить размер скаффолдов.