Команда исследователей Технологического института Джорджии представила новую терапевтическую систему, чтобы компенсировать плохие клинические результаты, часто связанные с обычной операцией на вращательной манжете плеча.

Это своего рода операция, которая попадает в заголовки газет каждый раз, когда знаменитый спортсмен оказывается в стороне из-за разрыва вращательной манжеты плечевого сустава . Питчеры Матча звезд Высшей лиги бейсбола Клейтон Кершоу и Джастин Верландер, например, перенесли операции на вращательной манжете плеча и успешно вернулись в игру.

У тех из нас, кто не может бросать бейсбольные мячи со скоростью 95 миль в час, вращательная манжета может со временем порваться от повторяющихся движений над головой (например, у маляров и плотников). Или травма может возникнуть по мере того, как мы стареем, и ткани нашего тела естественным образом деградируют. Хотя травмы вращательной манжеты плеча встречаются часто, они могут быть серьезными, приводя к дегенерации мышц после операции.

Теперь два профессора с факультета биомедицинской инженерии Уоллеса Х. Коултера, совместного факультета Технологического института Джорджии и Университета Эмори, решили эту проблему с помощью нового двойного лечения на клеточной основе, которое они описывают в исследовании, недавно опубликованном в журнале Tissue.

«В этом исследовании мы думаем главным образом о стареющем населении — людях, которые, скорее всего, будут иметь такие травмы», — сказала Джонна Теменофф, чья исследовательская группа сотрудничала с лабораторией Эда Ботчвея в этой работе. «Самое замечательное в этой системе то, что она не специфична для конкретной популяции. Это клетки, которые есть у всех нас, и эта система лечения может работать еще лучше у более молодых пациентов».

Местная доставка

Вращательная манжета плеча представляет собой группу мышц и сухожилий, окружающих и защищающих плечевой сустав , прочно удерживая головку плечевой кости в неглубокой впадине плеча. Это плотная мешанина тканей и непростая среда для регенерации мышц.

«При травме вращательной манжеты вы фактически рвете сухожилие», — сказал Теменофф, директор Центра инженерных исследований технологий клеточного производства (CMaT) NSF в Технологическом институте Джорджии. «И это приводит к атрофии мышц».

Хотя профессиональные спортсмены имеют доступ к тренировкам и реабилитации мирового класса, которые помогают восстановить плечо после операции, у многих пациентов мышца вращательной манжеты плеча не восстанавливается полностью даже после успешной операции. Теменов не знает, почему.

«Это большая неизвестность», — сказала она. «И сейчас это большая область исследований, активная область исследований. Существует потребность в регенеративной терапии, которую можно было бы использовать в сочетании с операцией по восстановлению вращательной манжеты плеча в качестве варианта долгосрочного лечения — это то, чем мы занимаемся. .»

В предыдущих исследованиях с использованием моделей на мышах Теменофф обнаружила, что она может изменять клеточную среду в мышцах с помощью локальной инъекции микрочастиц, нагруженных белком, называемым стромально-клеточным фактором (SDF), который может привлекать различные пререгенеративные клетки, циркулирующие в мышцах.

Эффект «тяни-толкай»

Идея состоит в том, чтобы мобилизовать клетки, способные к заживлению, клетки, которые восстанавливают мышцы в самом их источнике. Задача состоит в том, чтобы получить их достаточное количество для выполнения работы.

Лаборатория Теменоффа разработала микрочастицы, в которых используется гепарин — природная молекула на основе сахара, обнаруженная в организме и имеющая высокий отрицательный заряд. SDF заряжен положительно, поэтому электростатическое взаимодействие между двумя частицами обеспечивает контролируемое высвобождение SDF с течением времени.

SDF почти магнитно взаимодействует с рецептором прорегенеративных клеток костного мозга или кровообращения, «вызывая» их в определенное место. Однако у пожилых людей может быть недостаточно этих клеток в кровообращении, чтобы существенно повлиять на выздоровление. Именно здесь лаборатория Ботчвея оказала большую помощь.

Его команда предоставила опыт работы с агентом, мобилизующим костный мозг (под названием VPC01091), который может отправлять целебные клетки в циркуляцию по всему телу. В клинических условиях агенты, мобилизующие костный мозг, используются для «выталкивания» стволовых клеток из костного мозга в кровь. Эти клетки могут регенерировать и дифференцироваться во все виды клеток в различных тканевых средах.

Исследователи намеревались разработать единый терапевтический вариант, объединив две технологии. Когда они тестировали систему на крысах, мобилизующий агент вводили системно, а SDF вводили локально в плечо. Таким образом, в то время как мобилизующий агент «подталкивает» клетки, способствующие заживлению, в кровообращение, магнитный эффект SDF «притягивает» их к месту повреждения, что приводит к желаемому регенеративному эффекту.

Исследователи обнаружили разные уровни пространственной регенерации. Другими словами, действительно имело значение то, где применяли местную инъекцию. Дальнейшие исследования будут направлены на точную настройку этого процесса, чтобы врачи могли привлекать заживляющие клетки к еще более конкретным участкам поврежденной мышцы. Теменофф и ее коллеги полагают, что они добились чего-то, что приведет к лучшей регенерации мышц и может найти применение за пределами вращательной манжеты плеча.