Ученые вырастили искусственный хрящ с помощью 3D-печати и стволовых клеток

Исследователи из Венского технического университета (TU Wien) разработали новый способ выращивания хрящей из стволовых клеток и придания им практически любой необходимой формы. Этот прорыв может привести к созданию более эффективных способов лечения травм.

Хрящ — это эластичная ткань суставов, которая действует как подушка, предотвращая трение костей друг о друга. Но как бы важно это ни было, у взрослых он почти не обладает регенеративной способностью, поэтому, когда он поврежден из-за травмы или просто износа, это может привести к болезненным хроническим заболеваниям, таким как остеоартрит.

Ученые исследуют, как создать искусственные материалы-заменители, но похоже, что ничто не сможет превзойти созданное природой. Итак, еще одно потенциальное решение — найти способы регенерации естественного хряща с помощью стволовых клеток, но это поднимает другие проблемы, в том числе как заставить их расти в правильной форме, при этом скопления стволовых клеток часто может меняют форму.

Для нового исследования команда TU Wien разработала технику, которая позволяет выращивать образцы хряща практически в любой необходимой форме, что они и продемонстрировали, превратив его в логотип университета.

Ключевой инновацией являются не столько стволовые клетки, сколько контейнер, в который они помещены – крошечные, полые, напечатанные на 3D-принтере «сфероиды», которые можно соединять друг с другом, как строительные блоки, обеспечивая основу для хрящевых стволовых клеток внутри.

«Под микроскопом очень четко видно: соседние сфероиды срастаются, клетки мигрируют из одного сфероида в другой и наоборот, они соединяются плавно и в результате образуют замкнутую структуру без каких-либо полостей – в отличие от других методов, которые были использованы до сих пор, при которых между соседними скоплениями клеток остаются видимые границы», — сказал Оливер Копински-Грюнвальд, автор исследования.

Сфероиды изготовлены из биосовместимого пластика, который вначале обеспечивает стабильность и структуру, но разрушается в течение нескольких месяцев, оставляя ткань в желаемой форме. Команда ученых утверждает, что это может способствовать более эффективной и настраиваемой замене хряща.

«Первоначальной целью будет создание небольших, изготовленных по индивидуальному заказу кусочков хрящевой ткани, которые можно будет вставить в существующий хрящевой материал после травмы», — говорят ученые.

«В любом случае, теперь мы смогли показать, что наш метод получения хрящевой ткани с использованием сферических микрокаркасов в принципе работает и имеет решающие преимущества перед другими технологиями».

Хрящ является привлекательной мишенью для такого рода работ – не только потому, что это ткань, с которой у людей часто возникают проблемы, но и потому, что она относительно проста и не требует кровеносных сосудов. Если проблема включения кровеносных сосудов в эти ткани, выращенные по индивидуальному заказу, будет решена, исследователи говорят, что метод можно будет адаптировать для работы с другими тканями, такими как кость.

Исследование опубликовано в журнале Acta Biomaterialia.