Обработка суставных хрящей свиньи поверхностно-активными веществами и ультразвуком помогла получить материал для тканевой инженерии

Российские ученые выяснили, что обработка свиных хрящей ультразвуком позволяет получить материал, лучше всего подходящий для создания имплантируемых тканевых эквивалентов хряща. При этом сохраняется максимальное количество коллагена и гликозаминогликанов, необходимых для эластичности, поддержания жизнеспособности и дифференцировки мезенхимальных стромальных клеток в хрящ. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованные в The Journal of Biomedical Materials Research, могут быть использованы в тканевой инженерии и регенеративной медицине.

Повреждение суставного (гиалинового) хряща — наиболее распространенное заболевание опорно-двигательного аппарата. Без терапии оно приведет к воспалению и разрушению поверхности сустава. При этом современные методы лечения либо только снимают симптомы повреждения (инъекции гиалуроновой кислоты), либо недостаточно эффективны (хирургическое вмешательство), поэтому ученые рассматривают тканевую инженерию как перспективный подход к решению проблемы. Тканевая инженерия — это создание тканей и органов, в том числе их искусственных аналогов, моделирующих основные функции природной ткани, которые можно пересадить в организм пациента и заменить ими поврежденные.

Сегодня ученые активно исследуют так называемые децеллюляризованные каркасы — это ткани или органы, из которых удалены все клетки, однако сохранен внеклеточный матрикс (то есть структуры, которые поддерживают жизнеспособность клеток и сохраняют форму органа). Децеллюляризованная свиная кожа, мочевой пузырь, тонкая кишка и сердечные клапаны уже активно используются в медицине, поскольку обработка мягких тканей относительно проста. Но хрящ — плотная структура с низкой пористостью, поэтому удалить из нее все клетки сложно. Если же они останутся, это может привести к отторжению имплантата. Разные методы децеллюляризации часто повреждают коллаген (белок, который составляет основу этой ткани), факторы роста (биомолекулы, стимулирующие деление клеток) и гликозаминогликаны (компоненты межклеточного матрикса, которые участвуют в межклеточных взаимодействиях). Поэтому исследователям необходимо понимать, какой именно метод наносит наименьшие повреждения ткани при ее обработке.

Ученые из НМИЦ трансплантологии и искусственных органов имени академика В. И. Шумакова Минздрава России (Москва) с коллегами исследовали механические, биохимические и биологические свойства микрочастиц децеллюляризованного свиного хряща. Для экспериментов использовали образцы, полученные при помощи разных методов децеллюляризации с использованием поверхностно-активных веществ, отличающихся только способами дополнительного физического воздействия, а именно: циклов замораживания и оттаивания, обработки сверхкритическим диоксидом углерода и воздействия ультразвуком. Под воздействием этих методов клетки разрушаются и удаляются из ткани.

Ученые пришли к заключению, что все способы обработки уменьшают количество гликозаминогликанов и коллагена в хрящевой ткани, а также снижают ее упругость. Тем не менее, оказалось, что на образцах, полученных с помощью обработки хряща ультразвуком, стволовые клетки более эффективно превращаются в клетки хрящевой ткани. В тех же самых образцах наблюдалось более высокое содержание гликозаминогликанов (37% от исходного уровня) и коллагена (82%). Ученые доказали высокую биосовместимость децеллюляризованной хрящевой ткани, полученной с помощью ультразвука, — микрочастицы успешно прижились после имплантации в организм крыс.

«Наше исследование показало, что использование всех трех методов обработки позволяет эффективно удалить клеточное содержимое из микрочастиц суставного хряща свиньи, — комментирует руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Виктор Севастьянов, доктор биологических наук, профессор НМИЦ ТИО имени академика В. И. Шумакова. — Также мы выяснили, что обработка ультразвуком — наиболее щадящий способ обработки хрящевой ткани. Сфера применения микрочастиц из децеллюляризированного хряща может включать как их прямое использование для тканевой инженерии и технологий регенеративной медицины, так и получение из них тканеспецифического гидрогеля для стимуляции восстановления суставного хряща».

В работе также принимали участие исследователи из Института медико-биологических исследований и технологий (Москва), Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (Москва), НИИ глазных болезней им. М.М. Краснова (Москва), НИТУ «МИСиС» (Москва), Сеченовского университета (Москва) и компании «3D Bioprinting Solutions» (Москва).