Создана технология оперативной 3D-печати хряща из стволовых клеток

Учёные разработали технологию создания искусственной хрящевой ткани с помощью стволовых клеток и 3D-принтера. Печать можно производить прямо во время хирургической операции, "ремонтируя" повреждённые суставы.

О достижении сообщает научная статья, опубликованная в журнале Biofabrication группой во главе с Клаудией Ди Белла (Claudia Di Bella) из Университета Мельбурна.

Гиалиновая хрящевая ткань – крепкий орешек для тканевой инженерии. Она содержит относительно мало клеток, зато богата межклеточными коллагеновыми волокнами, организованными в особые трёхмерные структуры и содержащими сложные белки протеогликаны.

Учёные давно пытаются создать для неё искусственную замену, чтобы помочь пациентам с травмами, остеоартритом и другими повреждениями хрящевой ткани. Однако пока подобные технологии далеки от совершенства.

Как сообщает ресурс Physics World, до сих пор замена повреждённой хрящевой ткани происходит в два этапа. Сначала пациенту удаляют его собственный хрящ. Затем создаётся его искусственный аналог нужной формы. После этого требуется повторная операция для внедрения имплантата.

При этом часто случаются неудачи. Отчасти это связано с несовершенством искусственного хряща, который не всегда оказывается способен долго функционировать в организме. Другая причина в том, что трудно изготовить "заплатку", идеально подходящую по форме к конкретному поражённому участку.

Новая технология решает сразу обе проблемы. Во-первых, используется искусственная ткань, более похожая на естественную. Во-вторых, структура имплантата корректируется в реальном времени прямо во время операции. Для этого используется портативный 3D-принтер.

Как уточняет издание MedicalXpress, печать происходит методом экструзии. Стволовые клетки пациента внедряются в "чернила" из метакрилата желатина и метакрилата гиалуроновой кислоты (оба материала давно используются в медицине). После того как гель примет форму, идеально подходящую для коррекции конкретного дефекта, его облучают ультрафиолетом. В результате начинаются химические реакции, в ходе которых материал приобретает механические свойства натурального хряща.

Эта технология уже была испытана на овцах. Кроме того, исследователи проверили качество получаемой ткани в лаборатории.

Для этого они взяли из подкожной ткани доноров мезенхимальные стволовые клетки. Стволовые клетки этого вида могут превратиться в "кирпичики" кости, хряща, мышц или жировой ткани (отметим, что порой такое многообразие негативно сказывается на результатах, и учёным приходится искать более узкоспециализированных кандидатов). Эти клетки они добавили в "чернила" вместе с химическими стимуляторами, побуждающими их стать именно клетками хряща. После этого исследователи напечатали искусственную ткань и восемь недель выращивали её "в пробирке".

По истечении этого срока образцы подверглись самому тщательному анализу. Их изучали с помощью оптических и атомно-силовых микроскопов, проверяли взаимодействие с электромагнитным излучением, анализировали экспрессию генов, тестировали иммуногистологическими методами, выясняли механические свойства и так далее. Все тесты показали отличное соответствие естественной хрящевой ткани человека.

В дальнейшем исследователи планируют провести больше опытов с животными, прежде чем можно будет перейти к фазе клинических испытаний технологии на человеке.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о напечатанных на 3D-принтере суставах, роговице глаза и лёгком, а также о материале для 3D-печати, восстанавливающей повреждения костей.