PNAS: Новый биоматериал восстанавливает поврежденный хрящ в суставах

Учёные Северо-Западного университета создали новый биоактивный материал, который помогает восстанавливать хрящевую ткань в коленных суставах крупных животных.

Материал похож на резину, но на самом деле состоит из сложной сети молекулярных компонентов. Они работают вместе и имитируют естественную среду хряща в организме.

Учёные нанесли материал на повреждённый хрящ в коленные суставы животных. Через шесть месяцев исследователи заметили признаки восстановления: начал расти новый хрящ, содержащий коллаген II и протеогликаны. Эти вещества обеспечивают безболезненную механическую устойчивость суставов.

Исследователи считают, что этот материал поможет избежать операций по замене коленного сустава, вылечить остеоартрит и восстановить суставы после спортивных травм, таких как разрыв передней крестообразной связки.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Самуэль И. Стапп, руководитель исследования, говорит:

Хрящ — важная часть наших суставов. Если он повреждается или разрушается со временем, это может сильно повлиять на здоровье и подвижность человека.

У взрослых людей хрящ не способен к заживлению. Наша новая терапия может помочь восстановить ткань, которая обычно не восстанавливается сама. Мы считаем, что наш метод лечения будет полезен.

Стапп — пионер регенеративной наномедицины. Он является директором-основателем Института бионанотехнологий Симпсона Кверри и Центра регенеративной наномедицины в Северо-Западном университете. Стапп работает в Инженерной школе Маккормика, Колледже искусств и наук Вайнберга и Медицинской школе Файнберга.

Подготовил статью Джейкоб Льюис, бывший аспирант профессора Стаппа.

Что в материале

В новом исследовании лаборатории Штуппа оценивается гибридный биоматериал, состоящий из двух компонентов:

• биоактивного пептида, который связывается с важным для хряща белком — трансформирующим фактором роста бета-1 (TGFb-1);
• модифицированной гиалуроновой кислоты — природного полисахарида, присутствующего в хряще и синовиальной жидкости.

Гиалуроновая кислота содержится во многих средствах по уходу за кожей. Также она есть в тканях человеческого тела: суставах и мозге. Стапп выбрал её, потому что она похожа на природные полимеры в хряще.

Команда Стаппа создала материал, который имитирует структуру хряща. Он состоит из биоактивного пептида и модифицированных частиц гиалуроновой кислоты и стимулирует восстановление хрящевой ткани клетками организма.

Клиническая значимость для людей

Исследователи оценили эффективность материала для роста хряща, протестировав его на овцах с дефектами хряща в голеностопном суставе. Эта работа проводилась в лаборатории Марка Маркела при Школе ветеринарной медицины Университета Висконсин-Мэдисон.

По словам Стаппа, испытания на модели овцы были важны, так как овечьи и человеческие колени схожи по весу, размеру и механическим нагрузкам. А хрящи овец, как и у людей, трудно поддаются регенерации.

Стапп утверждает, что исследование на овечьей модели позволяет точнее предсказать эффективность лечения у людей. У других мелких животных хрящ восстанавливается быстрее.

В ходе исследования учёные вводили в дефекты хряща густой материал, который превращался в резиновую матрицу. Новый хрящ не только заполнял дефект по мере деградации, но и был более качественным по сравнению с контрольной тканью.

Долгосрочное решение

В будущем, по мнению Стаппа, новый материал можно будет использовать в суставах во время операций. Сейчас стандартным методом лечения является операция микрофрактуры, когда хирурги создают крошечные трещины в основной кости, чтобы вырос новый хрящ.

Проблема микропереломов в том, что они часто приводят к образованию фиброхряща — не того, который нужен для функциональных суставов. Новый подход должен помочь регенерировать гиалиновый хрящ и сделать его более устойчивым к износу. Это поможет избежать проблем с подвижностью и болью в долгосрочной перспективе, а также необходимости реконструкции суставов с помощью больших аппаратных средств.

05.08.2024