[Перевод] Регенеративная медицина. Хрящ с «танцующими молекулами» и «резиновой жижей»
Две инновационные разработки от одной лаборатории восстанавливают поврежденные хрящи. Ткань хряща можно восстановить и вырастить заново, чему и служит регенеративная медицина. Сначала с помощью «танцующих молекул» для нацеливания на белки, необходимые для регенерации тканей, а затем с помощью гибридного биоматериала, который действует как каркас для роста хряща.
Что предлагает новая ветвь регенеративной медицины?
Первое исследование началось с убеждения, что в организм заложен потенциал который не был в должной мере освоен природой — речь про возможность вырастить заново хрящ. И это может быть использовано для облегчения всех видов боли в суставах, включая остеоартрит, а также для того, чтобы отказаться от серьезных операций, таких как полная реконструкция колена.
Действия исследователей
Хрящ — важнейший компонент наших суставов. Когда хрящ со временем повреждается или разрушается, это оказывает значительное влияние на общее состояние здоровья и подвижность людей. Проблема в том, что у взрослых людей хрящ не обладает врожденной способностью к заживлению. Наша новая терапия восстанавливает ткани, которые не восстанавливаются естественным образом. Мы считаем, что наше лечение может помочь решить серьезную, неудовлетворенную клиническую потребность.
Ведущий исследователь Сэмюэль Стапп из Северо-Западного университета.
Испытание гибридного биоматериала, который использовался еще в 2018-том для регенерации суставов овец, последовало сразу за исследованием с использованием «танцующих молекул». Это синтетические нановолокна, содержащие сотни тысяч молекул, «заряженными» сигналами для роста клеток. Ученые изучали их химическую структуру с целью заставить молекулы «танцевать» или быстро перемещаться. Стапп и его команда обнаружили, что эти молекулы способны быстро находить и взаимодействовать с клеточными рецепторами. Внутри тела нановолокна выравниваются с внеклеточным матриксом окружающей ткани и имитируют естественную клеточную коммуникацию.
Клеточные рецепторы постоянно перемещаются. Заставляя наши молекулы двигаться, «танцевать» или даже временно выпрыгивать из этих структур, известных как супрамолекулярные полимеры, они способны более эффективно связываться с рецепторами.
Ведущий исследователь Сэмюэль Стапп из Северо-Западного университета.
Первые шаги в регенерации
Команда разработала кольцевой пептид, чтобы затем нацелиться на белок трансформирующего фактора роста бета-1 (TGFb-1), который находится во всем организме и крайне важен для роста хрящей и костей. Сравнивая медленно движущиеся молекулы с «танцующей» сборкой, исследователи обнаружили, что последняя более эффективна в активации рецепторов TGFb-1.
Клетки хряща вырабатывают больше белковых компонентов (коллаген II и аггрекан) для регенерации при обработке быстро движущимися танцующими молекулами (слева) по сравнению с более медленно движущимися молекулами. Исследовательская группа Стаппа. Северо-Западный университет
Через три дня человеческие клетки, подвергшиеся воздействию сборок более подвижных молекул, выработали большее количество белковых компонентов, необходимых для регенерации хряща. Для производства одного из компонентов хрящевого матрикса, известного как коллаген II, танцующие молекулы, содержащие циклический пептид, активирующий рецептор TGF-beta1, оказались даже более эффективными, чем естественный белок, который выполняет эту функцию в биологических системах.
Ведущий исследователь Сэмюэль Стапп из Северо-Западного университета.
Команда сейчас тестирует эту систему танцующих молекул на регенерирующей кости, результаты будут опубликованы в конце этого года. Команда также надеется провести клинические испытания этой разработки для восстановления спинного мозга. Похоже мир ожидает еще один инструмент для биохакинга.
Второй шаг регенеративной медицины
Однако это не единственное открытие лаборатории Стаппа. Во втором исследовании, вместо танцующих молекул, команда разработала гибридный биоматериал, состоящий из биоактивного пептида, который связывается с крайне важным белком TGFb-1, и модифицированной гиалуроновой кислотой, натуральным липким веществом, которое служит естественной смазкой для костей и суставов тела.
Стимуляция роста хрящевых тканей
Многие люди знакомы с гиалуроновой кислотой, поскольку это популярный ингредиент в средствах по уходу за кожей. Она также естественным образом содержится во многих тканях человеческого тела, включая суставы и мозг. Мы выбрали ее, потому что она напоминает природные полимеры, обнаруженные в хрящах.
Ведущий исследователь Сэмюэль Стапп из Северо-Западного университета.
Команда использовала этот биоматериал для стимуляции организации волокон в пучки в наномасштабе — имитируя естественный состав хряща. По сути, это сформировало биодружественный каркас, который побуждает клетки организма регенерировать хрящевую ткань непосредственно на нем. Любопытно, куда заведет такой прогресс, особенно вместе с технологией искусственных нейронов.
Этот биоматериал «резиновой слизи» был введен в поврежденный коленный хрящ овцы, и в течение шести месяцев ткань восстановилась лучше, а также наблюдался рост нового хряща, состоящего из природных биополимеров коллагена II и протеогликанов. Это привело к возвращению свободной безболезненной подвижности и эффективной стабильности в ранее поврежденном суставе. Новая хрящевая структура осталась прочной, в то время как искусственный каркас естественным образом деградировал.
Контрольный хрящ (окрашен сафранином) с дефектом в верхнем левом углу изображения. Сэмюэл И. Стапп/Северо-Западный университет
Обработанный хрящ (окрашен сафранином) демонстрирует заполненный дефект. Сэмюэл И. Стапп/Северо-Западный университет
Перенос технологии на людей
Исследование модели овец точно прогнозирует, как лечение будет работать на людях. У других более мелких животных регенерация хряща происходит гораздо быстрее.
Ведущий исследователь Сэмюэль Стапп из Северо-Западного университета.
Команда полагает, что этот густой пастообразный биоматериал можно использовать в хирургии как менее инвазивный способ стимуляции восстановления хряща по сравнению с нынешним методом микропереломов.
Главная проблема подхода с микропереломами заключается в том, что они часто приводят к образованию фиброзного хряща — такого же хряща как в наших ушах — в отличие от гиалинового хряща, который нам нужен для функциональных суставов. Благодаря регенерации гиалинового хряща наш подход должен быть более устойчивым к износу, устраняя проблему плохой подвижности и боли в суставах на длительный срок, а также избегая необходимости реконструкции суставов с использованием крупных металлических деталей.
Ведущий исследователь Сэмюэль Стапп из Северо-Западного университета.
В век бурных перемен и надвигающихся кризисов, существует один портал, на котором собираются материалы по открытиям, достижениям, способам улучшить свое психическое и физическое здоровье. Заглядывайте, если хотите получать новости о прогрессе и развитии.
