Биоинженерам из Медицинского центра Колумбийского университета удалось реконструировать мениск.
Они напечатали на 3D-принтере каркас мениска из биоразлагаемого материала, а затем обработали его человеческими факторами роста. После этого каркас вживили в колено овцам с травмами мениска. Факторы роста простимулировали активность собственных стволовых клеток животных, и трансплантат покрылся хрящевой тканью. Потом каркас растворился, а хрящевая ткань осталась. В результате в организме сформировался полноценный мениск. После таких манипуляций животные передвигались без всяких проблем.
Как говорят ученые, они надеются, что этот метод в будущем поможет многим людям, страдающим от повреждения мениска.
«В настоящее время возможности лечения повреждений мениска очень ограничены. Иногда поврежденные хрящевые ткани сшивают. Но часто, когда сшивание невозможно, мениск приходится частично или полностью удалять. И хотя такая операция уменьшает боль и воспаление, но в результате колено лишается прокладки между бедренной костью и голенью. А из-за этого сильно возрастает риск развития артрита», - говорит ведущий автор исследования Джереми Мао (Jeremy Mao). В травматологии используют и импланты менисков, но часто это связано с риском развития серьезных осложнений.
Вначале доктор Мао и его коллеги сделали несколько снимков здорового мениска овцы с помощью МРТ (строение мениска этих животных очень напоминает человеческое). Затем на основе этих снимков ученые создали трехмерное изображение мениска. Эти данные они и использовали для того, чтобы напечатать каркас на 3D-принтере с разрешением до 10 микрон. Такой трансплантат состоял из поликапролактона – биоразлагаемого полимера, из которого часто делают хирургические швы.
Процесс печати занял не больше 30 минут.
Напечатанный каркас ученые обработали двумя белками: трансформирующим ростовым фактором бета 3 (этот белок контролирует пролиферацию, клеточную дифференцировку и другие функции в большинстве клеток) и фактором CTGF. Эти факторы доставлялись в определенные области каркаса в специальных медленнорастворимых полимерных капсулах в определенной очередности.
Завершением всего сложного процесса стала имплантация каркаса в колено овец. Вживление проходило на протяжении четырех-шести недель, а затем каркас растворялся.
Самое удивительное: когда каркас был уже имплантирован, ученые увидели, что факторы роста стимулировали активность стволовых клеток организма – в результате каркас стал постепенно покрываться хрящевой тканью.
«Обычно все манипуляции со стволовыми клетками проводятся вне организма. Нам удалось перешагнуть через этот барьер, мы заставили работать стволовые клетки уже в организме, используя их возможности для регенерации тканей», - рассказывает Мао.
Действие каркаса было протестировано на 11 овцах с различными травмами колена. Животных разделили на две группы: у одной группы были имплантированы каркасы с факторами роста, а у другой группы – без факторов роста. Уже через три месяца животные с каркасом с факторами роста прекрасно передвигались.
Ученые надеются, что удачные эксперименты на животных помогут приступить и к первой стадии клинических испытаний.
Статья о новом методе лечения травм мениска опубликована в последнем номере журнала Science Translational Medicine.
