Стволовые клетки помогут исправить дефекты костей челюсти
Учёным удалось вырастить челюсть вместе с суставами из стволовых клеток свиней. Исследователи планируют в скором времени использовать полученную кость в качестве трансплантата в клинических испытаниях на пациентах с тяжелыми врожденными дефектами.
У людей, страдающих от врожденных пороков или случайно полученных травм заменить челюстную кость практически невозможно. Изогнутая, со сложным строением она заканчивается суставом, покрытым слоем хряща. Обе части должны выдерживать огромное давление при жевании.
«Это одна из самых нагружаемых костей в теле человека», — сказала Гордана Вуньяк-Новакович (Gordana Vunjak-Novakovic), профессор биомедицинской инженерии, медицины и стоматологии Колумбийского университета в Нью-Йорке.
В статье, опубликованной в журнале Science Translational Medicine, она и ее коллеги сообщили об удивительном успехе: им удалось вырастить кости челюсти вместе с суставами из стволовых клеток свиней. В ближайшее время планируется начать клинические испытания.
Исследователи надеются, что когда-нибудь данный подход можно будет применять для выращивания и трансплантации других костей и суставов, включая колени. Однако даже если эта стратегия сработает, пройдут годы, прежде чем станет возможным создание новых суставов или костей челюсти из собственных клеток пациентов, нуждающихся в трансплантации.
Доктор Сидни Эйзиг (Sidney Eisig), заведующий кафедрой стоматологии в больнице при Колумбийском университете, сказал, что работа началась отчасти из-за разочарования в возможностях, доступных таким хирургам, как он.
При необходимости замены челюстной кости, трансплантаты из других частей тела пациента могут оказаться непрактичными. Как правило, они имеют неподходящую форму — большинство костей прямые и относительно плоские, а кости челюсти изогнуты.
«Получить фрагмент прямой кости, а затем изогнуть его – сложный процесс», — сказал доктор Эйзиг. «Кроме того, материала может быть недостаточно, и для взятия у пациента необходимого количества трансплантатов потребуется дополнительное хирургическое вмешательство».
В настоящее время для замены височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС), к которому прикрепляется челюсть, используются металлические протезы. Данный метод применим в случаях тяжёлой формы артрита, при которой ВНЧС разрушается, а пациенты с трудом способны открывать рот, испытывая при этом сильную боль.
Однако данные протезы не проходили долгосрочные испытания для изучения побочных эффектов, которые могут появиться со временем, сказала доктор Тара Агалоо (Tara Aghaloo), челюстно-лицевой хирург из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, не принимавшая участия в исследовании.
Хирурги стоят перед сложным выбором: можно ли устанавливать эти протезы молодым людям с тяжелым артритом? Кроме того, значительная часть пациентов страдает от аллергии на металл в суставах.
«Я всегда считал, что должен быть лучший способ», — сказал доктор Эйзиг.
Около 10 лет назад он заметил научную статью доктора Вуньяк-Новакович, в которой она сообщила о создании мыщелка ВНЧС человека (относительно небольшого фрагмента кости, который сочленяется с суставной ямкой) из жировых стволовых клеток человека.
Доктор Эйзиг отправился в лабораторию доктора Вуньяк-Новакович и убедил её создать изогнутую кость вместе с суставом крупного животного. Они решили, что свинья будет идеальным вариантом – у этих животных челюстные суставы имеют сходное строение с человеческими.
Учёные решили использовать коровьи кости как своего рода строительные леса. Чтобы придать необходимую форму костям, из которых были предварительно удалены клетки коров, их обработали на приборе с компьютерным управлением. Полученные каркасы были индивидуальны для каждого испытуемого животного.
Мезенхимальные стволовые клетки (МСК), необходимые для создания челюсти, были выделены из свиного жира, полученного с помощью липосакции. Учёные разделили МСК на две группы. Развитие первой группы стимулировалось для формирования кости. Эти клетки были помещены внутрь каркаса. Дифференцировка второй группы была направлена исследователями на развитие хрящевой ткани. Клетки засеяли на поверхности каркаса.
Через пять недель костно-хрящевые трансплантаты были готовы. Команда отправила кости в Государственный университет Луизианы (Louisiana State University), где сотрудники пересадили их свиньям, у которых были удалены челюсти.
«Как только они проснулись после операции, они начали перемещаться и есть», — сказала доктор Вуньяк-Новакович.
То, что свиньи смогли сразу есть обнадеживало. Шесть месяцев спустя исследователи усыпили животных и исследовали трансплантированные челюсти. Каркас из коровьей кости полностью рассосался в организме свиней. Команда также обнаружила, что новые челюстные кости были неотличимы от тех, которые были у животных до удаления.
Учёные планируют в скором времени провести клинические испытания, в которых примут участие шесть пациентов с укороченной нижней частью лица и открытым прикусом. Хирурги повернут челюстную кость и закроют промежуток с помощью имплантации выращенной кости, удлинив таким образом лицо, что позволит пациентам закрывать рот.
Доктор Эйзиг сказал, что он десятилетиями ждал такого прогресса.
«Это предварительный, но очень воодушевляющий результат», — сказал он. «Я рад, что это происходит, пока я еще практикуюсь».
