Создание улучшенных костных трансплантатов: Нановолоконные каркасы для активации двух основных коллагеновых рецепторов в костных клетках

Ежегодно в мире выполняется около 2.2 миллиона операций по костной пластике. Золотым стандартом является аутопластика — использование собственной кости пациента для имплантации зубов и восстановления частей рта, лица и черепа.

Учитывая недостатки аутопластики (необходимость дополнительной операции, долгое восстановление, риски осложнений, ограниченное количество костной ткани), исследователи из Стоматологической школы Мичиганского университета добились успеха в создании улучшенного костного трансплантата в лаборатории.

Ранее создав технологию изготовления костных каркасов с наноструктурами, подобными коллагену, микрометровыми порами и естественной формой, учёные достигли «захватывающего улучшения», которое регенерирует кость за счёт улучшения взаимодействий клетка-матрикс, — сообщил профессор Питер Ма.

Новое открытие, особенно полезное для пациентов, нуждающихся в восстановлении больших объёмов кости, стало результатом сотрудничества лабораторий Ма и Франчески. Команда подала заявки на патенты США и других стран на сополимеры, содержащие пептиды, нановолокна, а также имплантируемые и инъекционные 3D-каркасы для регенерации костной и других тканей.

«Наличие предсказуемого источника материалов для регенерации кости означает гораздо более надёжные процедуры», — сказал Ма. — «Самое важное — мы можем регенерировать ткани без введения экзогенных клеток, что потенциально осложнило бы терапию, запустив иммунный ответ. Потрясающий результат — наш новый подход может регенерировать примерно в восемь раз больше кости, чем каркас без специальных пептидов на нановолокнах».

Из более чем 2 миллионов операций по костной пластике в мире 500 000 выполняются в США и обходятся примерно в $5 миллиардов.

Новая процедура команды призвана заменить не только аутопластику, но и другие подходы: аллопластику (использующую донорскую ткань) и ксенопластику (использующую ткань животных). Оба несут риски, такие как инфекция и ограниченная доступность.

Ма и коллеги, описывающие научную основу новой техники в исследовании в Bioactive Materials, отмечают множество преимуществ нового подхода.

«Мы создали биодеградируемые полимерные шаблоны, содержащие пептиды на нановолокнах. Они действуют как ключи, открывающие новые ворота для высвобождения заблокированного потенциала регенерации кости из собственных клеток реципиента. После регенерации заранее спроектированной 3D-костной ткани материалы деградируют и исчезнут без потенциальных долгосрочных осложнений», — пояснил Ма, который также является профессором в Инженерном колледже и Медицинской школе UM.

«Мы очень взволнованы сделанными открытиями. И мы верим, что созданное нами может изменить костные трансплантаты для миллионов людей, которые в них нуждаются».

Соавторами исследования являются: Тунцин Чжоу, Рафаэль Кавальканте, Чуньси Ге и Ренни Франчески — все из Стоматологической школы UM.