Травматические повреждения костей часто бывают настолько тяжелы, что организм не может справиться с повреждением самостоятельно. Чтобы помочь пациентам, врачи вводят им белки, называемые факторами роста. Однако, так как таких белков нужно много, лечение обходится недешево. Кроме того, факторы роста имеют свойство диспергировать, создавая в области травмы ненужные костные образования. Разрабатываемая в настоящее время технология может в один прекрасный день обеспечить более эффективную доставку регенерирующих кость белков – более точную и менее дорогостоящую.

Ученые связали наиболее часто клинически используемый
фактор роста, BMP-2, с микрочастицами гепарина в концентрации в
1000 раз выше, чем сообщалось ранее.
(Фото: Todd McDevitt/Rhys Black)

Травматические повреждения костей, такие как полученные в результате взрыва, часто бывают настолько тяжелыми, что организм не может самостоятельно справиться с повреждением. Чтобы помочь пациентам, врачи вводят им белки, называемые факторами роста. Но так как таких белков нужно много, лечение обходится недешево. Кроме того, факторы роста имеют свойство диспергировать – распространяться вокруг места введения, – создавая в области травмы ненужные костные образования.

Новая технология, разрабатываемая в Технологическом институте штата Джорджия (The Georgia Institute of Technology, Georgia Tech) в один прекрасный день может обеспечить более эффективную доставку регенерирующих кость белков – более точную и менее дорогую.

В недавнем исследовании ученые связали наиболее часто используемый в клинике фактор роста с микрочастицами антикоагулянта гепарина в концентрациях до 1000 раз выше, чем сообщалось ранее. Кроме того, связанный с микрочастицами ростовой фактор, называемый костным морфогенетическим белком-2 (bone morphogenetic protein-2, BMP-2), длительное время остается биологически активным.

«Конечным результатом является более эффективная и пространственно контролируемая доставка этого очень мощного и очень ценного белка», – говорит руководитель исследования Тодд Мак-Дэвитт (Todd McDevitt), адъюнкт-профессор кафедры биомедицинской инженерии Georgia Tech и университета Эмори (Emory University). (Мак-Дэвитт является также директором Центра инженерии стволовых клеток (Stem Cell Engineering Center) Georgia Tech.)

Результаты этого исследования, профинансированного Национальными институтами здоровья (National Institutes of Health, NIH) и Национальным научным фондом (National Science Foundation, NSF), опубликованы в он-лайн издании журнала Biomaterials. Работа проводилась совместно несколькими лабораториями, входящими в состав Института биотехнологии и биологических наук Пети (Petit Institute for Bioengineering and Bioscience) Georgia Tech.

Исследователи разработали метод получения чистых микрочастиц гепарина из модифицированного метакриламида гепарина, которые могут быть термически сшиты с факторами роста. Эта технология позволяет избежать громоздких материалов, используемых для доставки ростовых факторов в настоящее время.

Гепарин – широко используемый антикоагулянт с химическими свойствами, которые делают его идеальным для связывания факторов роста. Исследователи установили, что микрочастицы гепарина взаимодействуют с BMP-2 с высокой аффинностью, и их способность связывать факторы роста более чем в 1000 раз превышает таковую всех исследованных на сегодня гепаринсодержащих биоматериалов.

В современных технологиях доставки BMP-2 используется коллагеновая губка, которая высвобождает большие количества препарата сразу после введения. Для компенсации потери этой высокой начальной дозы в губку загружается избыток фактора роста, что является причиной неспецифической и неэффективной доставки препарата. Исследователи добились того, что BMP-2 остается прочно связанным с гепариновыми микрочастицами и поэтому медленно высвобождается в течение длительного времени. За 28 дней из микрочастиц высвобождается всего 25 процентов фактора роста.

«Разработанные в этом исследовании микрочастицы имеют чрезвычайно высокую способность загружаться BMP-2, что является преимуществом перед современными технологиями», – говорит участник исследования адъюнкт-профессор Джонна Теменофф (Johnna Temenoff). «Такие микрочастицы могут локально создавать высокую концентрацию терапевтического белка в области повреждения без введения больших количеств биоматериала, который может занимать место и мешать формированию новых тканей».

На сегодня BMP-2 сохраняет биоактивность при высвобождении из микрочастиц в экспериментах in vitro. Кроме того, при физическом контакте с клеточной культурой загруженные им микрочастицы стимулируют размножение клеток.

Ближайшая работа в этом проекте будет направлена на то, чтобы гарантировать, что связанный с микрочастицами гаперина фактор роста сохранит свою биологическую активность in vivo.

«Если мы сможем получить более надежный ответ, используя фактически меньшее количество фактора роста, то я думаю, что мы будем близки к тому, что может стать более эффективной системой доставки», – подводит итог Мак-Дэвитт.

Оригинальная статья

Heparin microparticle effects on presentation and bioactivity of bone morphogenetic protein-2