Ученые создали искусственный хрящ с использованием стволовых клеток костного мозга

Исследовательская команда Вашингтонского университета разрабатывает искусственный хрящ, который способен изменять свои свойства прямо в процессе изготовления. Ученые представили результаты работы в журнале ACS Biomaterials Science and Engineering.

В последние годы исследователи применяют подход, основанный на выращивании хрящевой ткани из клеток пациента на специальных коллагеновых матриксах. Эти матриксы помогают клеткам лучше синтезировать ткани и обеспечивать смазывающие свойства. Но результат все же выходит слишком мягким – напоминает хрящ из носа или ушей – поэтому подходит лишь для минимальных хирургических вмешательств. Природный хрящ в коленных или тазобедренных суставах представляет собой тонкий слой толщиной 2-4 мм, состоящий из трех зон. Нижний слой, плотно связанный с костью, очень жесткий и усилен вертикальными волокнами. Средний слой служит амортизатором, а верхний – гладкий и эластичный – обеспечивает скольжение и гибкость суставов.

В своем эксперименте исследователи Университета штата Вашингтон создали биореактор, позволяющий стволовым клеткам костного мозга формировать хрящ с градиентными свойствами – то есть меняющимися в разных участках. Для этого они использовали поверхностные механические силы, направляющие рост клеток. В конусообразном биореакторе поток жидкости создает различный уровень сдвига в разных зонах, что заставляет клетки образовывать хрящ, который в одном месте становится более упругим и эластичным, а в другом – более прочным и жестким.

Ученые показали, что способны формировать хрящевую ткань с разной прочностью и характеристиками, изменяя механические нагрузки, воздействующие на клетки. Полученные участки ткани по своим свойствам приближаются к естественной трехслойной структуре хряща. Кроме того, в рамках проекта команда создает особую систему обратной связи. Одной из сложностей в выращивании хряща является то, что стволовые клетки могут иногда дифференцироваться не в хрящевые, а в костные клетки. Чтобы контролировать этот процесс, исследователи внедряют флуоресцентные белки. Если клетки начинают образовывать костную ткань, белок загорается красным, и ученые могут оперативно скорректировать условия, чтобы подавить нежелательную активность генов. Если же все идет правильно и формируется хрящ, включается другой белок – он светится зеленым.