Графеновая пена поддерживает рост искусственного хряща для лечения остеоартрита

Исследователи из Университета Бойсе разработали новую технику и платформу для коммуникации с клетками и стимуляции их дифференцировки в хрящевую ткань. Их работа основана на использовании 3D-биосовместимой формы углерода — графеновой пены — и представлена на обложке журнала Applied Materials and Interfaces.

Целью работы является создание новых методов и материалов, которые могут привести к разработке методов лечения остеоартрита с помощью тканевой инженерии. Остеоартрит вызывается необратимой деградацией гиалинового хряща в суставах, что приводит к боли и инвалидности, а стандартным клиническим лечением является полная замена сустава.

Используя специально спроектированные и напечатанные на 3D-принтере биореакторы с электрическими контактами, исследователи смогли доставлять кратковременные ежедневные электрические импульсы к клеткам, культивируемым на 3D-графеновой пене.

Ключевые результаты:

• Применение прямой электрической стимуляции к клеткам линии ATDC5, адгезированным на 3D-графеновых биокаркасах, значительно усиливает их механические свойства и улучшает рост клеток. Это ключевые параметры для получения искусственного хряща в лаборатории.
• Клетки ATDC5 — это мышиная хондрогенная клеточная линия-предшественник, хорошо изученная как модель для тканевой инженерии хряща.
• Специализированная установка позволила полностью погружать каркас из графеновой пены, улучшая прикрепление клеток и их интеграцию в пористую структуру. Это перспективный подход для улучшения инженерных тканей с помощью электрического стимула через проводящие биоматериалы.

Контекст проблемы:

Остеоартрит является одной из ведущих в мире причин боли и инвалидности. В настоящее время им страдают более 595 миллионов человек — более чем в два раза больше, чем 256 миллионов в 1990 году. Глобальные экономические затраты превышают 460миллиардов * *ежегодно.ТольковСШАостеоартритобходитсяв * *65 миллиардов, и ежегодно выполняется более 1 миллиона замен суставов.

Цитаты исследователей:

• Моне'т Сойер, ведущий автор: «Одна из самых больших проблем в применении прямой электрической стимуляции к стволовым клеткам — достижение воспроизводимой доставки при одновременном мониторинге электрической среды и сопоставлении этого с конкретными клеточными ответами. Наша система представляет модульную и масштабируемую платформу, которая обеспечивает высокопроизводительную, связанную с каркасом электрическую стимуляцию с точным контролем».
• Профессор Дэвид Эстрада: «Работа Моне'та дает новые фундаментальные представления о роли материалов и электрических стимулов в коммуникации со стволовыми клетками. Я считаю, что эта работа закладывает основу для лучшего понимания человеческого электробиома — роли электрического заряда и переноса на разных масштабах длины и, в конечном итоге, в судьбе клеток и функции ткани».