3D-печатные скаффолды поддерживают рост костей и хрящей
01-08-2018 ООО "Инлайн" 310

Скаффолд-технология (scaffold) — культивирование клеток на трехмерных подложках-носителях естественного или искусственного происхождения с целью пространственного формирования будущего клеточного органа или его фрагмента для трансплантата. Другими словами, это тканевая инженерия, обладающая потенциалом и  перспективами использования скаффолд-технологий для регенерации костной ткани.

По словам исследователей, напечатанная способом трёхмерной печати биокерамика (керамический материал, вживляемый при протезировании), включающая смесь ионов лития, кальция и кремния, одновременно поддерживает регенерацию хрящей и костной ткани.

Прогрессирующие заболевания и повреждения, влияющие на хрящ, могут распространяться в подлежащую кость, которая известна как субхондральная (в форме пластины, входит в состав сустава, особенно вокруг суставов). Поскольку хрящ обладает плохими способностями к самоизлечению, этот тип повреждения суставного хряща является особенно сложным для протезной и спортивной медицины.

Поскольку хрящ и субхондральная костная ткань имеют разные компоненты и биологические свойства, было сложно разработать и изготовить материал скаффолда, который смог бы поддерживать возобновление роста обоих типов тканей одновременно. Однако совсем недавно Чэнти Ву и его коллеги из Шанхайского института керамики, Китайской академии наук и Нанкинского медицинского университета при Нанкинской больнице разработали литий-кальциевый силикат беспримесной фазы (Li2Ca4Si4O13 или L2C4S4, если коротко), который может стать перспективным биоматериалом для восстановления дефектов и повреждений на костно-хрящевой кайме.

                                                 

Исследователи включили в новый материал ряд известных биологически активных компонентов. Si (кремний) играет важную роль на начальной стадии минерализации образования молодой кости, а силикатные биоматериалы стимулируют разрастание и экспрессию генов в стволовых клетках, связанных с костями, что может усилить остеогенез (костеобразование) и регенерацию костной ткани.  Соль хлорид лития (LiCl) стимулирует образование субхондральной кости и, как оказалось, защищает хрящ от разрушения. Недавние исследования также дали основания полагать, что возможно даже стимулирование роста хондроцитов (хрящевых клеток).

«Сочетание нескольких важных питательных элементов может иметь важные последствия для обеих типов тканей», – объясняет Ву.

Команда разработала простой мокрый химический золь-гель метод для получения высококачественных порошков биокерамики L2C4S4, которые затем включается  в чернила для 3D-печати. Это обеспечивает высокую степень контроля над порозностью и размером пор каркаса, которые исследователи варьировали от 170 до 400 мкм. Полученные скаффолды не только в 2-3 раза прочнее других трехмерных печатных биокерамических аналогов, но их механические свойства ещё и сопоставимы с естественной костью.

«Скаффолды L2C4S4 значительно ускорили регенерацию хряща, а также способствовали восстановлению субхондральной кости», – отметил Ву.

Скаффолды прочны и достаточно устойчивы, чтобы обеспечить хорошую поддержку начального формирования костной ткани, в то время как поры обеспечивают легкий путь для миграции клеток и предостаточно места для роста костей. Скаффолды L2C4S4 показывают значительную апатитную минерализацию и рост субхондральной кости in vivo («внутри клетки»), но биоразлагаются после того, как выполнили свою работу.

Биокерамические скаффолды двойного действия L2C4S4 предлагают умное решение для восстановления костных дефектов, полагают исследователи.