Биоактивный наноматериал со «сладким» покрытием значительно ускоряет рост костной ткани

Учёные из Северо-Западного университета разработали биоактивный наноматериал, который настолько эффективно стимулирует регенерацию кости, что может стать предпочтительным методом для хирургов-ортопедов.

Хотя метод изучался на животных моделях спондилодеза (сращения позвонков), исследователи считают, что он легко может быть адаптирован для людей. Это особенно актуально для стареющего, но активного населения, которому всё чаще проводят подобные операции для лечения боли из-за дегенерации дисков, травм и других проблем со спиной. Метод также может быть полезен для ремонта костных травм, лечения рака костей и наращивания кости для зубных имплантатов.

Ключевая инновация: сахарные молекулы

Регенеративная сила материала обеспечивается молекулами сахара на его поверхности. Учёные изучили in vivo влияние этого «покрытого сахаром» наноматериала на активность клинически используемого фактора роста — костного морфогенетического белка 2 (BMP-2).

Результат: количество белка, необходимое для успешного сращения кости, было снижено до беспрецедентного уровня — в 100 раз. Это критически важно, так как BMP-2 в больших дозах вызывает опасные побочные эффекты и стоит дорого.

Как это работает?

Наноматериал функционирует как искусственный внеклеточный матрикс, имитируя естественное окружение клеток. Он состоит из наноразмерных нитей, которые за счёт молекулярного дизайна связывают белок BMP-2 (подобно тому, как это делают природные сахара в организме), а затем медленно высвобождают его, а не отдают сразу большой дозой.

Синтезированный сахар на поверхности наноструктур «захватывает» белок в том же самом месте, которое используется в биологических системах для активации сигнала роста кости. Это усиливает сигналы на неожиданно высоком уровне, превосходящем даже природные сахарные полимеры (сульфатированные полисахариды).

Клиническая перспектива

В исследовании in vivo наноматериал доставляли к позвоночнику с помощью коллагеновой губки — стандартного метода доставки BMP-2 в клинической практике.

«Существует реальная потребность в клинически эффективном, безопасном и экономичном способе формирования кости», — говорит соавтор работы, хирург-вертебролог Веллингтон К. Сю.

Исследовательская группа планирует обратиться в FDA для запуска клинических испытаний на людях. Подход также может быть адаптирован для регенерации других тканей (мышц, сухожилий, хрящей) с использованием различных факторов роста.

Источник: Исследование «Sulfated Glycopeptide Nanostructures for Multipotent Protein Activation» опубликовано 19 июня в журнале Nature Nanotechnology.