Обработка суставных хрящей свиньи поверхностно-активными веществами и ультразвуком помогла получить материал для тканевой инженерии

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. 

Клеточно-инженерная конструкция, состоящая из децеллюляризованного суставного хряща свиньи и мезенхимальных стромальных клеток жировой ткани человека (МСК ЖТч). Окрашивание по методу Массона на коллаген. Размер масштабной линейки 100 мкм. Источник: Виктор Севастьянов

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, а именно: 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.

Макрофотография микронизированного тканеспецифического матрикса из децеллюляризованного суставного хряща свиньи. Источник: Виктор Севастьянов

«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 принимали участие исследователи из Института медико-биологических исследований и технологий (Москва), Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (Москва), НИИ глазных болезней им. М.М. Краснова (Москва), НИТУ «МИСиС» (Москва), Сеченовского университета (Москва) и компании «3D Bioprinting Solutions» (Москва).

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ