Исследователи из Университета Бойсе разработали новый способ общения с клетками, который помогает им превращаться в хрящевую ткань. В основе метода — трехмерный биосовместимый материал на основе графена, напоминающий губку. Их работа попала на обложку журнала Applied Materials and Interfaces Американского химического общества — это междисциплинарное издание, где ученые разных специальностей рассказывают о новых материалах и технологиях.

Цель исследования — создать методы, которые в будущем помогут лечить остеоартрит с помощью тканевой инженерии. Эта болезнь разрушает суставной хрящ, что приводит к боли и ограничению подвижности, и сегодня единственным радикальным решением остается замена сустава. Ученые использовали специальные биореакторы с электродами, чтобы подавать слабые импульсы тока на клетки, выращенные на графеновой основе.

Оказалось, что электрическая стимуляция ускоряет рост клеток ATDC5 (это стандартная модель для изучения хрящевой ткани) и делает их механически прочнее — это ключевой фактор для выращивания искусственного хряща. Кроме того, графеновая «губка» полностью погружалась в питательную среду, что улучшало прикрепление клеток и их распределение внутри структуры.

Главная сложность в работе с электрической стимуляцией стволовых клеток — добиться стабильных условий и точно понимать, как именно ток влияет на их поведение, — говорит Монет Сойер, ведущий автор исследования. — Наша система дает возможность масштабировать эксперименты и контролировать параметры, открывая новые пути для изучения роли электрических сигналов в формировании тканей.

Остеоартрит — одна из главных причин хронической боли и инвалидности.

Сегодня от него страдают почти 600 миллионов человек, а экономические потери превышают 460 миллиардов долларов в год.

Только в США ежегодно проводят больше миллиона операций по замене суставов.

Работа Монет помогает глубже понять, как материалы и электричество влияют на поведение клеток, — говорит профессор Дэвид Эстрада. — Это важный шаг к изучению «электробиома» человека — того, как электрические сигналы управляют процессами от клеточного уровня до работы целых тканей.

Этот метод может стать основой для прорыва в регенеративной медицине. Если удастся масштабировать технологию, то в будущем вместо замены суставов можно будет восстанавливать хрящ на ранних стадиях артрита. Графен здесь идеален — он проводит ток, не отторгается организмом и имитирует естественную структуру тканей. Кроме того, подход можно адаптировать для других типов клеток, например, для лечения повреждений нервов или мышц.

Пока метод тестировали только на клеточной линии мышей, а не на человеческих стволовых клетках. Кроме того, неясно, как долго искусственный хрящ сохраняет свойства in vivo и выдержит ли он реальные нагрузки в суставе.

Ранее ученые заявили, что антидепрессанты помогают унять боль при остеоартрите.