Из стволовых клеток созданы индивидуальные костные трансплантаты
Ученые из Института исследований стволовых клеток в Нью-Йорке (New York Stem Cell Foundation, NYSCF) разработали новый метод восстановления костной ткани — SATE. Методика, описанная в статье, опубликованной в Scientific Reports, позволяет исследователям объединять сегменты кости, выращенные из стволовых клеток, для создания персонализированных костных трансплантатов, которые улучшат лечение пациентов, страдающих от заболеваний или травм костей.
Современный метод восстановления костной ткани
«Мы надеемся, что SATE (Segmental Additive Tissue Engineering) однажды сможет улучшить жизнь миллионов людей, страдающих от повреждений костей, полученных в результате травм, рака, остеопороза, остеонекроза и прочих деструктивных заболеваний»,
— говорит Сьюзан Л. Соломон (Susan L. Solomon), генеральный директор NYSCF.
«Наша цель – помочь этим пациентам вернуться к нормальной жизни. SATE, используя возможности регенеративной медицины, приближает нас к достижению этой цели».
Более миллиона человек ежегодно сталкивается с проблемой переломов, вызванных заболеваниями костей. Кроме того, по мере старения кости слабеют, что приводит к разного рода осложнениям у людей пожилого возраста. Травмы, полученные в результате ДТП или насилия, а также врождённые заболевания, такие как, например, несовершенный остеогенез, требуют всё больших объёмов донорской костной ткани, дефицит которой становиться всё ощутимее.
«Дефекты кости, полученные в результате болезни или травмы – растущая проблема на сегодняшний день. Для её решения главное значение имеют эффективные варианты лечения для индивидуальной помощи, независимо от тяжести состояния пациента»,
— объясняет доктор Джузеппе де Пеппо (Giuseppe de Peppo), руководитель исследования.
В настоящее время дефекты костей исправляют либо синтетическими заменителями, либо костными трансплантатами, полученными из здоровых костей самого пациента или из банка костной ткани. Однако данные методы лечения нередко вызывают иммунное отторжение, не приводят к образованию соединительной ткани или сосудистой системы, необходимых для функциональной кости.
Кроме того, такие трансплантаты необходимо часто заменять у детей, которые их «перерастают». У костных трансплантатов, созданных из стволовых клеток пациента, отсутствуют подобные побочные эффекты, однако их размеры и форму для обширных травм достаточно трудно сконструировать с высокой точностью.
«Чем больше размер дефекта [кости], который необходимо восстановить, тем сложнее создание воспроизводимого трансплантата, которое можно было бы перенести из лабораторных условий в клинические»,
— говорит исследователь NYSCF доктор Мартина Сладкова (Martina Sladkova), ведущий автор статьи.
«Мы хотели узнать, можно ли вместо этого сконструировать небольшие индивидуальные сегменты кости, а затем объединить их, чтобы создать трансплантат, который преодолеет текущие ограничения размера и формы кости, которые можно выращивать в лаборатории».
Чтобы решить этот вопрос, команда разработала трансплантат, соответствующий дефекту бедра кролика, затронувшему около 30% общего объёма кости. Чтобы оценить размер и форму дефекта, учёные просканировали бедренную кость и создали модель трансплантата. Затем они разделили модель на более мелкие сегменты и создали соответствующие каркасы для каждого из них.
Далее исследователи поместили эти каркасы, засеянные мезодермальными клетками-предшественниками, полученными из иПСК (индуцированных плюрипотентных стволовых клеток) человека, в биореактор, специально предназначенный для костных трансплантатов с широким диапазоном размеров. Данный биореактор смог обеспечить равномерное развитие ткани во всем трансплантате, что часто не под силу существующим версиям аналогичных используемых приборов.
После разрастания и заполнения клетками каркасов, сегменты костного трансплантата можно объединить при помощи адгезивов или других ортопедических устройств в единый механически стабильный трансплантат.
SATE стандартизирован, универсален и прост в применении. Его использование ускорит перенос биоинженерных костных трансплантатов из лаборатории в клинику. Исследователи уверены в потенциале SATE, который поможет улучшить качество жизни детей и взрослых, страдающих от сегментарных дефектов костей.
