Инженеры создают биоматериал, восстанавливающий поврежденный хрящ
Биологи и ученые-материаловеды экспериментируют с новым подходом к замене хряща. Они разработали новый биоматериал, который восстанавливает поврежденный хрящ, создавая новую высококачественную прокладку для коленного сустава. Хотя биоматериал был протестирован пока только на овцах, его успех на данный момент может позволить простым инъекциям когда-нибудь дополнить или заменить традиционные процедуры восстановления суставов.
Остеоартрит, или дегенерация хряща в суставах, представляет собой болезненное и физически ограничивающее заболевание, от которого страдают миллионы человек во всем мире. Без лечения кость трется о кость, вызывая дискомфорт и затрудняя движение.
Но сегодняшнее лечение – это сложная процедура. Операция микрофрактуры, которая заключается в создании крошечных отверстий в кости, запускает естественное образование фиброхряща, вызванного кровяными сгустками, который в основном функционирует как суставной (или суставно-хрящевой) хрящ. Восстановление после этой процедуры занимает несколько недель физиотерапии и несколько месяцев сниженной активности. Пациенты с особо запущенным остеоартритом должны пройти операцию по замене хряща, на восстановление после которой уходит не менее шести недель, или полную замену коленного сустава, после которой требуется годичный период восстановления.
Теперь исследователи из Северо-Западного университета (Northwestern University) представили «инъекционные каркасы» — специальный биоматериал, предназначенный для восстановления поврежденного суставного хряща.
Материал состоит из специальной версии гиалуроновой кислоты (природного полисахарида, обнаруженного в хряще и используемого в продуктах по уходу за кожей) и биоактивного пептида, который связывается с TGFb-1, белком, ответственным за рост хряща. Вместе эти компоненты создают пучки нановолокон, которые имитируют естественную структуру хряща, одновременно стимулируя организм восстанавливать поврежденный хрящ и поддерживать то, что осталось.
Первоначальный эксперимент с животными дал многообещающие результаты. Как и люди, овцы обладают нерегенерирующим суставным хрящом, который при повреждении затрудняет равномерную нагрузку на конечности. Сотрудничая с ветеринарами-ортопедами, команда ученых ввела свой материал в колени овец с дефектами хряща. Биоматериал «превратился в эластичную матрицу», заполнив пробелы в поврежденном хряще животных и создав более эластичный каркас.
«Исследование на модели овец позволяет лучше предсказать, как лечение подействует на людей. У других более мелких животных регенерация хряща происходит гораздо быстрее», — сказал Сэмюэл Стапп, автор исследования. «Наша новая терапия может вызвать восстановление тканей, которые не регенерируют естественным путем. Мы считаем, что наше лечение может помочь удовлетворить серьезные, неудовлетворенные клинические потребности».
Исследователи предвидят будущее, в котором их биоматериал сможет предотвратить операции по замене коленного сустава, восстанавливая поврежденные ткани до того, как потребуется более инвазивная процедура. В зависимости от результатов будущих испытаний, материал также может найти применение в спортивной медицине, где повреждение хряща может произойти после неудачного поворота ноги или травмы, связанной с ударом.