Наноглина поможет восстановить поврежденную костную ткань

Ученые из Университета Штата Северная Дакота (North Dakota State University, NDSU, США) совершили прорыв в области тканевой инженерии, создав подложки, которые помогают восстановить костную ткань, поврежденную в результате травмы или хронического заболевания. Доктор Калпана Катти (Kalpana Katti), доктор Динеш Катти (Dinesh Katti) и аспирант Авинаш Амбре (Avinash Ambre) разработали инновационный метод, основанный на применении особой наноглины и позволяющий получить подложки, которые минерализуют костные материалы, такие как гидроксиапатиты. Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Biomedical Materials Research Part A.

Трехмерная подложка, созданная учеными из NDSU, состоит из деградируемых материалов, совместимых с человеческими тканями. По мере того как мезенхимальные клетки дифференцируются в костные клетки, подложка разрушается.

Как показали результаты исследований, проведенных научной группой из NDSU в 2008-2013 гг., применение наноглины усиливает механические свойства подложки, позволяя ей нести нагрузку во время формирования костной ткани. Ученые продемонстрировали, что биоминерализованные наноглины могут передавать подложке остеогенные свойства, инициирующие процесс новообразования кости. По словам Калпана Катти, новая технология является результатом кропотливой работы ученых, применявших моделирование и симулировавших условия регенерации костной ткани. Результаты первых исследований научной команды были опубликованы в 2005 г. в журнале Journal of Biomacromolecules. Новые данные свидетельствуют о возможности более широкого применения наноглин в медицине.

Результаты предыдущего исследования ученых из NDSU, опубликованные в феврале 2013 г. в журнале Journal of Biomedical Materials Research Part A, показали, что наноглины способствуют дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток человека в клетки костной ткани и росту кости. Для изменения структуры глины исследовательская команда под руководством Катти применяет аминокислоты. Модифицированные наноглины вызывают новообразование костной ткани. «Исследования, которые мы сейчас проводим, включают применение биореакторов, имитирующих ток жидкостей и крови в человеческом организме во время регенерации костной ткани», – говорит доктор Калпана Катти.

В 2008 г. ученые из NDSU стали пионерами в области применения наноглин с целью восстановления костной ткани, когда результаты их исследований были опубликованы в журналах Biomedical Materials, ASME Journal of Nanotechnology for Engineering and Medicine, Materials Science and Engineering C, а также после публикации в журнале Journal of Biomedical Materials в феврале 2013 г.

По мнению доктора Калпана Катти, тканевая инженерия костной ткани является перспективным направлением регенеративной медицины. Согласно данным Национальных Институтов Здоровья (National Institutes of Health, США), ежегодно в США более чем одному миллиону человек проводят операции по эндопротезированию тазобедренного и коленного суставов. Увеличение средней продолжительности жизни населения и неуклонный рост количества людей пожилого возраста, высокая распространенность таких заболеваний, как остеопороз и артрит, сложность лечения повреждений опорно-двигательного аппарата военнослужащих свидетельствуют о необходимости разработки эффективных методов восстановления поврежденной костной ткани человека и перспективах долгосрочного применения этих методов.

Ученые из Университета Штата Северная Дакота под руководством доктора Калпана Катти создали наноглины, которые способствуют дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток человека в клетки костной ткани и росту кости. Исследовательская команда применяет аминокислоты для изменения структуры глины. Модифицированная наноглины вызывают новообразование костной ткани. На фотографии, полученной методом сканирующей электронной микроскопии, показано начало формирования костной ткани, когда мезенхимальные стволовые клетки человека, находящиеся в подложке из наноглины, начинают синтезировать «экстрацеллюлярный матрикс». (фото: A.H. Ambre, D. R. Katti, K. S. Katti, J Biomed Mater Res Part A, doi: 10.1002/jbm.a.34561 15 Feb 2013)

По материалам North Dakota State University

Оригинальная статья:
Avinash H. Ambre, Dinesh R. Katti, Kalpana S. Katti. Nanoclays mediate stem cell differentiation and mineralized ECM formation on biopolymer scaffolds. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2013; DOI: 10.1002/jbm.a.34561