Исследователи из Университета штата Бойсе разработали новую методику и платформу для взаимодействия с клетками и стимулирования их к формированию хряща. В своей работе они используют трёхмерную биосовместимую форму углерода, известную как графеновая пена. Об этом исследовании рассказывается на обложке журнала Applied Materials and Interfaces.
Цель работы — разработка новых методов и материалов, которые могут привести к созданию новых методов лечения остеоартрита с помощью тканевой инженерии.
Остеоартрит вызван необратимой деградацией гиалинового хряща в суставах, что в конечном итоге приводит к боли и инвалидности. Стандартным клиническим лечением является полная замена сустава.
Используя специально разработанные биореакторы, напечатанные на 3D-принтере, и электрические вводы, исследователи смогли подавать кратковременные ежедневные электрические импульсы на клетки, культивируемые на трёхмерной графеновой пене.
Исследователи обнаружили, что прямая электрическая стимуляция клеток ATDC5, прикреплённых к биоскаффолдам из трёхмерной графеновой пены, значительно усиливает их механические свойства и улучшает рост клеток — ключевые показатели для получения выращенного в лаборатории хряща.
Специализированная установка позволила полностью погрузить каркас из трёхмерной графеновой пены, улучшая прикрепление клеток и их интеграцию в пористой структуре. Это подчёркивает перспективный подход к улучшению искусственных тканей с помощью электрического стимула через проводящие биоматериалы.
«Одной из самых больших проблем при применении прямой электрической стимуляции к стволовым клеткам является достижение повторяемой доставки при одновременном мониторинге электрической среды и сопоставлении этого с конкретными клеточными ответами», — сказала Монет Сойер, ведущий автор исследования. «Наша система представляет модульную и масштабируемую платформу, которая обеспечивает высокопроизводительную электрическую стимуляцию, связанную со скаффолдом, с точным контролем — открывая новые возможности для понимания того, как электрические сигналы влияют на формирование тканей».
Остеоартрит — одна из ведущих причин боли и инвалидности в мире, в настоящее время от него страдают более 595 миллионов человек — более чем вдвое больше, чем 256 миллионов больных, зарегистрированных в 1990 году. Экономическое бремя велико: глобальные затраты превышают 460 миллиардов долларов в год, включая расходы на здравоохранение, потерю производительности и расходы, связанные с инвалидностью. В одних только США остеоартрит обходится в 65 миллиардов долларов прямых и косвенных затрат, при этом ежегодно проводится более миллиона операций по замене суставов для лечения тяжёлых случаев.
«Работа Монет вносит новый фундаментальный вклад в понимание роли материалов и электрических стимулов во взаимодействии со стволовыми клетками», — сказал профессор Дэвид Эстрада из Школы материаловедения и инженерии Micron. «Я считаю, что эта работа закладывает основу для лучшего понимания человеческого электробиома; то есть роли электрического заряда и транспорта на разных масштабах длины и, в конечном итоге, в судьбе клеток и функции тканей».
Предоставлено Университетом штата Бойсе.