С большими сложными костными ранами врачам и пациентам тяжело бороться. Часто требуются трансплантаты и несколько операций.
Ян Стегеманн, профессор биомедицинской инженерии Мичиганского университета, перепрограммирует взрослые клетки из костного мозга, чтобы их можно было вводить непосредственно в рану и врастать в кость. Клетки, полученные из костного мозга, известны как клетки-предшественники, тип взрослых стволовых клеток, которые поддерживают способность дифференцироваться в несколько разных типов клеток.
Испытания на мышах показали, что клеточная терапия, созданная в UM, может значительно ускорить процесс регенерации костей после травм.
Последняя работа его исследовательской группы, "Инъекционные остеогенные микроткани, содержащие мезенхимальные стромальные клетки, конформно заполняют и восстанавливают дефекты критического размера," опубликовано в журнале Biomaterials.
При незначительных переломах и переломах кости обычно со временем срастаются. На какие проблемы с костями вы нацеливаетесь?
Мы работаем с большими и сложными дефектами, при которых много кости было потеряно, а ткань вокруг кости была повреждена. Эти раны не всегда заживают, и они могут быть очень изнурительными. Иногда нарушаются мышцы и окружающие кровеносные сосуды. Существуют методы лечения, стабилизирующие кость, и даже филлеры, которые вы можете использовать, чтобы попытаться помочь костной регенерации, но эти варианты подходят не во всех случаях, а текущие методы лечения не идеальны – они не работают в некоторых из самых серьезных случаев.
Для более крупного дефекта единственный вариант прямо сейчас – взять кость из другой части тела пациента, например, из бедра или части другой кости, раздавить ее и поместить в большой дефект, чтобы помочь этой кости регенерировать. Но, конечно, это не лучший вариант, потому что вам нужно сделать вторую операцию и взять кость из одного места, а затем вставить ее обратно, чтобы залечить другое место.
Каков ваш подход?
Единственное, что может создавать или восстанавливать живую ткань и, следовательно, живую кость, – это клетка. Итак, чтобы залечить рану, вы можете попытаться привлечь клетки из других частей тела, чтобы они отправились к поврежденному месту и регенерировали кость. Это один подход.
В нашем случае мы гораздо более прямолинейны. Мы используем клетки-предшественники, которые были взяты у пациента, выращены вне тела и стимулированы для очень эффективного создания костной ткани. Мы используем эти клетки как терапевтический препарат и доставляем их прямо туда, где они должны быть. Наш подход разработан таким образом, что, когда мы трансплантируем клетки, они с большей вероятностью выживут и восстановят кость там, где это необходимо.
Как ты это делаешь?
Клетки, которые мы используем, представляют собой взрослые клетки-предшественники, что означает, что они могут образовывать различные типы тканей. Они могут быть получены из костного мозга или других тканей. Вы можете получить их даже из жира после липосакции. Вы можете изолировать эти клетки, а затем увеличивать их количество до тех пор, пока у вас не появится много кратное первоначальному количеству клеток, которое вы взяли из тела. Вы также можете обработать их, чтобы они образовали интересующий вас тип ткани.
В нашем случае мы обрабатываем их определенными биологическими факторами, чтобы помочь им дифференцироваться в костные клетки. Мы также используем тщательно отобранные биоматериалы, материалы, которые клетки распознают и могут связываться с ними. Благодаря этому связыванию эти материалы также дают клеткам-предшественникам специфические сигналы для формирования костной ткани. Следовательно, сочетая биологическую стимуляцию с соответствующей физической средой, мы можем заставить клетки действительно эффективно регенерировать новую ткань.
Когда у вас есть готовые клетки, как их доставить??
Вводим клетки в рану. Но если ввести в эту среду голые клетки, они не смогут выжить. Большая костная рана не имеет достаточного кровоснабжения, есть много воспалений, и на самом деле не происходит заживления. Вполне вероятно, что введенные клетки умрут или мигрируют, прежде чем у них появится возможность фактически функционировать и регенерировать ткань.
Чтобы решить эту проблему, мы создали то, что мы называем микротканями, которые предназначены для обеспечения выживания и функционирования клеток при их трансплантации в организм. По сути, это маленькие белковые шарики, внутри каждой из которых находятся от десятков до сотен клеток. Мы можем сделать миллионы этих микротканей в одной партии и сконструировать их так, чтобы они обеспечивали физические и биохимические сигналы, которые позволяют клеткам выживать и функционировать после их трансплантации.
Имея клетки внутри этих микротканей, мы можем ввести их в организм через иглу в виде пасты или суспензии, непосредственно в поврежденную кость. В некотором смысле это аналог шпаклевки, которую можно использовать для ремонта повреждений гипсокартона в домах. Этот метод доставки означает, что в некоторых случаях нет необходимости делать инвазивную операцию и открывать рану для доставки терапевтических клеток.
На этом этапе вы работаете с мышами. Какие результаты вы видите?
Работа, которую мы проделали до сих пор, очень ясно показала, что наш подход, основанный на биоматериалах, имеет много достоинств. Мы можем постоянно контролировать функцию клеток и клеточный фенотип для регенерации типов тканей, которые нам интересны, особенно костей прямо сейчас.
Мы показали, что идея создания этих маленьких микротканей, их культивирования вне тела и подготовки к регенерации кости перед трансплантацией также имеет свои достоинства. И мы подтвердили, что процесс культивирования и их доставка в сочетании с биоматериалом очень значительно увеличивает количество кости, которую вы можете регенерировать.
Видите ли вы другие возможные варианты использования этого подхода??
Мы рассматриваем микроткани, которые мы разработали, как платформенную технологию, которая также может быть применена к другим типам регенерации тканей. Примером является диабет I типа, потому что это заболевание, при котором умирает определенный тип клеток, и если бы вы могли просто вернуть эту популяцию клеток, вы восстановили бы практически все функции, необходимые для здоровья. В настоящее время мы не фокусируемся на диабете, но правильно разработанная клеточная терапия имеет большой потенциал в такой ситуации.
Таким образом, в любом случае, когда вы хотите доставить клетки обратно в тело, чтобы воссоздать или регенерировать определенную функцию, и это функция, которая, как мы знаем, выполняется клетками, мы могли бы использовать этот подход.