Шёлковые каркасы и магнетизм для создания костной ткани и её использования в имплантах

Журнал Materialia опубликовал результаты исследования группы учёных, включая специалистов из Департамента физической химии факультета науки и технологий UPV-EHU и BCMaterials, а также из Университета Минью (Португалия). В работе был разработан новый композитный материал для тканевой инженерии, в частности, для регенерации костной ткани. «Конечная цель этого направления исследований — научиться генерировать ткань, которую затем можно будет имплантировать для лечения костных заболеваний», — отметил Хосе Луис Вилас-Вилела, руководитель Департамента физической химии UPV/EHU и один из авторов исследования.

Материал состоит из каркаса (матрицы), созданного из одного из основных компонентов шёлка — фиброина, биосовместимого материала природного происхождения, — который насыщен магнитными наночастицами. Добавление наночастиц придало материалу «магнитоактивные» свойства: он реагирует на приложенное магнитное поле и передаёт клеткам механические и электрические стимулы. «Внешние стимулы — электрические, магнитные, механические — доказанно способствуют росту и дифференцировке клеток, поскольку имитируют клеточное микроокружение и те воздействия, которые происходят в естественной среде функционирования клеток», — пояснил исследователь.

Положительные результаты in vitro

Исследование проводилось in vitro. Были испытаны две методики получения фиброиновой матрицы: создание плёнок и формирование подобия ткани путём переплетения волокон. «Обе методики хорошо подходят для создания этого каркаса, имитирующего внеклеточный матрикс — основу, к которой могут прикрепляться клетки для роста», — уточнил учёный. Магнитоактивные наночастицы встроены в структуру фиброина. При приложении магнитного поля наночастицы начинают вибрировать, деформируя структуру, растягивая её и передавая механическое напряжение клеткам.

Результаты показали, что оба типа матрицы (каркаса) стимулируют рост клеток. Плёночный тип работает лучше — клетки на нём растут эффективнее. Однако главное открытие заключается в том, что впервые подтверждено положительное влияние магнитного стимула на рост клеток.

Это значительный шаг вперёд в поиске подходящих материалов и методов для создания тканей. «Мы понимаем, что наша цель — долгосрочная, и сейчас делаем первые шаги. Мы разрабатываем различные типы материалов, стимулов и процессов, чтобы получить инструменты для регенерации разных тканей. В идеале мы хотели бы использовать собственные стволовые клетки пациентов и направлять их дифференцировку в нужный тип клеток — костных, мышечных, сердечных — для формирования необходимой ткани. Это конечная цель, к которой мы уже делаем значительные шаги», — заявил исследователь.

Для её достижения предстоит решить ряд задач. Самые ближайшие, по словам эксперта, — комбинировать различные стимулы и варьировать уже применяемые (например, направление деформации структуры). Также необходимо изучить жизнеспособность и функциональность клеток, вопросы их питания и удаления продуктов жизнедеятельности. «Есть множество факторов, требующих проработки, но достигнутые результаты вдохновляют нас продолжать работу», — заключил он.