Биомедики Института клинической медицины Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского (ННГУ имени Н.И. Лобачевского) совместно с учеными Приволжского исследовательского медицинского университета, Сеченовского университета, Института химической физики имени Н.Н. Семенова РАН и ФНИЦ «Кристаллографии и фотоники» РАН предложили новую архитектуру имплантов для ускоренной регенерации костной ткани. Цель проекта — получить синтетические импланты с характеристиками, максимально близкими человеческой кости.
Основа разработки — технология создания гетерогенных скаффолдов. Они представляют собой трехмерные подложки-носители из биоматериалов. По сути, это каркасы для восстановления ткани. Модель создают с помощью лазерной 3D-печати, в её ячейки заселяются стволовые клетки пациента, и вся конструкция имплантируется на повреждённый участок.
Опыты проводились на мышах в течение трёх месяцев. В рамках опытов учёные сформировали круглые дефекты черепа размером 4-5 мм. В эти дефекты имплантировали скаффолды с клетками (мезенхимальные стволовые клетки костного мозга мышей) и наблюдали формирование костной ткани через 1, 2 и 3 месяца после имплантации. В результате опытов выяснилось, что регенерация кости с гетерогенными имплантами идёт в 2 раза быстрее, чем при использовании стандартных имплантов с однородной структурой.
«Синтетическая костная ткань состоит из множества ячеек, которые повторяют неоднородную структуру кости: с крупными порами внутри импланта и более мелкими на поверхности. Такая структура позволяет прорастать кровеносным сосудам, а скорость биодеградации скаффолда соответствует скорости восстановления кости», — прокомментировала заведующая лабораторией молекулярно-генетических исследований Института клинической медицины ННГУ Дарья Кузнецова.
В ходе исследования учёные воссоздали губчатую кость черепа мыши — наноскаффолды с трехслойной структурой. Они представляют собой трехслойные пластины из круглых цилиндров разного диаметра. Технология позволяет настраивать скорость биодеградации материала, чтобы скаффолд рассасывался по мере восстановления кости. Импланты на основе молочной кислоты напечатали на лазерном 3D-принтере в Сеченовском университете.
«Регенерацию кости показывал метаболический имиджинг, а биодеградацию импланта оценивали с помощью флуоресцентной микроскопии. Благодаря сочетанию этих методов визуализации за счёт собственного свечения клеток мы доказали, что доставка кислорода, питательных веществ, минерализация и другие процессы интенсивнее на гетерогенных скаффолдах», — рассказала Дарья Кузнецова.
В будущем планируется усовершенствовать состав синтетической костной ткани и увеличить размер скаффолдов. Нижегородские ученые провели это исследование в рамках программы Минобрнауки «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»). Результаты опубликованы в международном научном журнале по биомедицине Stem Cell Research & Therapy.
