Мениск из собственных стволовых клеток на биоразлагаемом каркасе
Исследователи медицинского центра Колумбийского университета, работающие под руководством профессора Джереми Мао (Jeremy Mao), разработали новый метод замены мениска коленного сустава с помощью персонализированного трехмерного имплантата – каркаса, пропитанного человеческими факторами роста, стимулирующими регенерацию суставной соединительной ткани. Успешно протестированный на овцах подход может стать единственным эффективным методом восстановления повреждений мениска, ежегодно диагностируемых у миллионов людей.
В настоящее время небольшие разрывы мениска ушиваются хирургическим путем. При более серьезных повреждениях мениск приходится удалять. Это уменьшает болевые проявления и устраняет опухание коленного сустава, однако отсутствие мениска, являющегося естественным амортизатором между бедренной и большеберцовой костями, значительно повышает риск развития артрита.
Поврежденный мениск можно заменить трансплантатом из соединительной ткани, выделенной из других частей тела пациента или трупного донора. Однако эта процедура имеет очень низкий уровень успеха и связана со значительными рисками для пациента.
Первым этапом предложенной авторами новой технологии является использование магнитно-резонансной томографии для получения изображений целого мениска здорового колена. Полученные фотографии конвертируются в трехмерное изображение, которое используется в качестве матрицы для трехмерного принтера, воспроизводящего форму мениска с точностью до 10 микрометров. Процесс печати каркаса мениска из биоразлагаемого полимера поликапролактона, применяемого для изготовления хирургического шовного материала, занимает всего около 30 минут.
Слева направо: мениск овцы; трехмерная модель мениска;
напечатанный с помощью трехмерного принтера анатомически правильный каркас мениска.
В каркас вводятся два рекомбинантных человеческих белка: фактор роста соединительной ткани (CTGF) и трансформирующий фактор роста-бета 3 (TGFbeta3). Согласно полученным авторами данным, последовательное высвобождение этих белков привлекает стволовые клетки и стимулирует их к формированию новой соединительной ткани.
Для правильного формирования мениска белки должны высвобождаться определенными регионами каркаса в строго определенной последовательности. Это достигается инкапсулированием белков в два типа медленно растворяющихся полимерных микросфер, сначала высвобождающих фактор роста соединительной ткани (стимулирующий формирование внешнего мениска), а впоследствии – трансформирующий фактор роста-бета 3 (стимулирующий формирование внутреннего мениска).
При имплантации такого каркаса в коленные суставы овец процесс регенерации мениска занимал 4-6 недель. В конечном итоге каркас растворялся и выводился из организма.
Всего в исследовании было задействовано 11 овец, коленные суставы которых схожи с коленными суставами человека. Животных случайным образом разделили на 2 группы. Фрагмент мениска одного из коленных суставов животных экспериментальной группы заменяли на нагруженный факторами роста каркас, тогда как животным группы контроля имплантировали каркасы, не содержащие факторов роста. Через 3 месяца походка животных экспериментальной группы полностью восстанавливалась. Посмертный анализ ткани менисков этих животных показал, что ее структурные и механические свойства были практически аналогичны свойствам нормальной соединительной ткани мениска. В настоящее время исследователи проводят эксперименты, целью которых является определение долговечности соединительной ткани, формирующейся на месте имплантированного каркаса.
Ткань мениска, сформировавшаяся на месте имплантации трехмерного каркаса, нагруженного факторами роста (справа),
по сравнению с тканью мениска животного группы контроля (слева).
Авторы планируют начать клинические исследования, как только получат достаточное финансирование для своего проекта. Они предполагают, что в будущем изготовление персонализированного каркаса, начиная с момента проведения магнитно-резонансной томографии здорового колена и заканчивая доставкой готового каркаса в клинику, будет занимать не более недели.
Статья Chang H. Lee et al. Protein-Releasing Polymeric Scaffolds Induce Fibrochondrocytic Differentiation of Endogenous Cells for Knee Meniscus Regeneration in Sheep опубликована в журнале Science Translational Medicine.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Columbia University Medical Center:
Meniscus Regenerated with 3D-Printed Implant.
15.12.2014