Биоинженеры из университета Саутгемптона разработали методику выращивания хрящевой ткани при помощи человеческих клеток и ловушки из звуковых волн. Эта технология может стать прекрасной альтернативой стандартному лечению в будущем.

Как правило, при повреждении хрящевой ткани, к примеру, носовой перегородки, врачи используют каркас, на который наносятся клетки, взятые у самого пациента. Каркас остаётся в теле человека, поддерживая структуру ткани. Однако со временем он начинает разлагаться и качество «вставки» ухудшается, требуется повторная операция.

Биоинженеры из университета Саутгемптона нашли решение этой проблемы. Они разработали методику выращивания хрящевой ткани при помощи человеческих клеток и ловушки из звуковых волн. Эта технология может стать прекрасной альтернативой стандартному лечению в будущем.

Команда во главе с Питером Глинн-Джонсом (Peter Glynne-Jones) начала своё исследование с вопроса, возможно ли разработать такую методику создания искусственных тканей, которая требовала бы использования одних лишь человеческих клеток без какого-либо физического каркаса.

Хрящевая ткань — прекрасный рабочий материал, поскольку обладает относительно простой структурой, состоящей из клеток одного типа.

Рис. 1. При помощи ультразвуковых волн ученые заставили срастаться клетки вместе и образовывать единую ткань (здесь и далее фотографии from University of Southampton).

В рамках своего эксперимента Глинн-Джонс и его коллеги использовали звуковые волны в качестве источника давления, необходимого для контроля сборки донорских клеток.

Учёные направили ультразвуковые волны так, чтобы они отскакивали назад и вперёд внутри крошечного, наполненного жидкостью биореактора, содержащего клетки, взятые из человеческой бедренной кости.

Ультразвуковые волны при столкновении с препятствиями образовывали «петли», где накапливались растущие клетки. В дальнейшем эти клетки выстраивались в слои и связывались в единую тканевую структуру.

Спустя 21 день после начала эксперимента отдельные клетки образовали крошечные листы хрящевой ткани, прочность которых можно сравнить с прочностью природной структуры.

«Мы испытали полученные структуры при помощи механического воздействия различной степени интенсивности и поняли, что они практически такие же прочные, как и природные человеческие хрящи. Мы считаем, что ультразвук играет ключевую роль в стимуляции клеток к образованию максимально прочной ткани», — говорит Глинн-Джонс.

Рис. 2. В миниатюрных биореакторах выращивались настоящие прочные хрящи.

Успех эксперимента учёные объясняют тем, что управлять клетками при помощи ультразвуковых волн проще, одновременно с высокой степенью точности и в режиме реального времени.

Новая технология также обеспечивает правильную пропорцию вырабатываемых клетками белков, чтобы создать оптимальную биотехнологическую структуру.

Испытания технологии прошли крайне успешно: на разрывы в настоящей хрящевой ткани человека учёные имплантировали полученные листы новой ткани. В результате они быстро срослись с природной структурой.

Правда, пока получаемые кусочки искусственного крепкого хряща слишком малы, так что учёным ещё предстоит придумать, как создать большие объёмы хрящевой ткани.

В будущем команда Глинн-Джонса планирует внедрить технологию в клиническую практику.

А для этого им также предстоит провести эксперимент по созданию хрящевой ткани из стволовых клеток, взятых из спинного мозга пациента.