Новое биоинженерное исследование может улучшить методы регенерации костей

Прочитано: 64 раз(а)


По мнению ученых, прорыв в биоинженерии, который поможет восстановить поврежденные кости, не вызывая негативных побочных эффектов других методов лечения, может привести к лучшим результатам для пациентов.

Это могло бы поддержать разработку новых методов лечения, которые помогут людям, живущим с серьезными травмами скелета, или больным раком , потерявшим кость из-за болезни, восстановить костную ткань .

Исследователи из Шотландии нашли новый способ использовать мощный лечебный эффект « факторов роста » — встречающихся в природе молекул, которые помогают организму восстанавливаться.

Факторы роста играют важную роль в биологии развития, помогая организовать развитие тел по мере их роста от младенчества до взрослой жизни. Они также помогают организму восстановиться после травм, запуская сложную серию процессов, которые снова соединяют ткани.

Терапия факторами роста, в которой используется целенаправленная доставка специфических активных белков для стимулирования повторного роста тканей, является многообещающим методом помощи пациентам в выздоровлении путем стимулирования естественных процессов регенерации их организма.

Однако терапия факторами роста может иметь серьезные побочные эффекты при использовании для заживления костей. Для достижения эффекта активные белки необходимо вводить в высоких дозах в места переломов или дефектов костей. Неконтролируемое высвобождение этих активных факторов роста в месте костного имплантата может привести к непреднамеренному образованию кости — процесс, известный как эктопическое костеобразование. Лечение также может вызывать другие побочные эффекты, такие как послеоперационное воспаление, которое может иметь негативные последствия для здоровья пациентов.

В своей статье под названием «Инженерные поверхности, которые способствуют захвату латентных белков для облегчения интегрин-опосредованной механической активации факторов роста», опубликованной в журнале Advanced Materials , исследовательская группа под руководством Университета Глазго описывает, как они совершили свой прорыв.

Они использовали недорогой полимер под названием полиэтилакрилат или ПЭА для разработки хирургического имплантата, который можно использовать на месте дефекта кости. Уникальные свойства поверхности имплантата позволили команде уловить неактивные факторы роста организма и гарантировать, что они начнут работать только там, где они необходимы.

Предыдущие исследования группы показали, что ПЭА взаимодействует с фибронектином, белком, который в изобилии содержится в организме человека и помогает клеткам слипаться и расти, образуя наноразмерные сети белка на его поверхности.

По мере формирования сети она меняет форму фибронектина, обнажая некоторые аминокислоты в молекуле фибронектина. Эти аминокислоты естественным образом используются в организме, чтобы помочь клеткам прикрепляться, а также хранить неактивные белки.

Команда поместила фрагмент рекомбинантного белка, называемый латентным трансформирующим белком-1, связывающим бета-фактор роста, или rLTBP1, на сеть фибронектина, в результате чего два белка слиплись.

rLTBP1 действует как магнит для белка под названием TGF-β1, который стимулирует клетки фактора роста в организме производить новую костную ткань в низких дозах. Молекулы TGF-β1 заключены в белковый комплекс под названием LAP, который сохраняет способность белка стимулировать регенерацию костей до тех пор, пока это не потребуется.

Они покрыли небольшие пластиковые пробирки ПЭА, фибронектином и rLTBP1. Затем они продемонстрировали способность этих имплантатов регенерировать кость при дефектах критического размера у мышей. В ходе исследования они наблюдали полную регенерацию костного дефекта.

Когда клетки, регенерирующие кость, прибыли к месту костного дефекта, места прикрепления на поверхности клеток, называемые интегринами, зафиксировались на молекулах LAP, которые иммобилизовал rLTBP1 на поверхности имплантата. Благодаря механическому натяжению LAP с одной стороны интегринами, а с другой — rLTBP1, высвобождался TGF-β1, что запускало процессы передачи сигналов фактора роста. Это привело к контролируемому костеобразованию только там, где это было необходимо.

Доктор Удеш Дхаван, научный сотрудник Инженерной школы Джеймса Уотта при Университете Глазго, является ведущим автором статьи. Он сказал: «Биологические процессы, лежащие в основе этого исследования, были изучены уже более двух десятилетий, но впервые они были использованы для достижения такого регенеративного эффекта.

«Возможность доставлять иммобилизованные белки непосредственно к месту лечения таким способом обеспечивает гораздо больший контроль над тем, как факторы роста становятся активными и начинают процесс заживления. Он также работает при гораздо более низких концентрациях, чем предыдущие методы лечения, помогая еще больше минимизировать вероятность образования нежелательной кости. рост за пределами участка, нуждающегося в исцелении».

Выводы команды основаны на многолетних передовых исследованиях регенерации костей, проводимых профессором Университета Глазго Мануэлем-Сальмероном-Санчесом и профессором Мэтью Далби. Их работа включает в себя знаковое лечение, которое спасло тяжело травмированную ногу собаки от ампутации в 2017 году.

В этом лечении команда использовала потенциал фактора роста белка под названием BMP-2, связанного с поверхностью ПЭА, для восстановления кости в ноге собаки. В новой статье команда показывает, как они использовали BMP-2 в параллельном контрольном исследовании, чтобы измерить эффективность rLTBP1 в регенерации кости. Они обнаружили, что rLTBP1 действует так же хорошо, как и BMP-2, помогая регенерации костей, даже несмотря на то, что его вводили в более низких дозах.

Профессор Салмерон-Санчес, содиректор Центра клеточной микросреды Университета Глазго, сказал: «Факторы роста являются очень мощными инструментами, помогающими организму исцелиться, но в настоящее время их необходимо применять очень осторожно, чтобы предотвратить нейтрализацию негативных побочных эффектов». любые положительные терапевтические преимущества.

«Наш подход к контролю активации факторов роста может создать новые возможности для пациентов в будущем. Он может помочь восстановить кость пациентам, которые потеряли большие части кости из-за таких заболеваний, как рак, или в результате серьезных несчастных случаев, обеспечивая им гораздо более высокое качество жизни».

Доктор Дхаван добавил: «Это новый шаг в правильном направлении, но физиологические системы более взаимосвязаны, чем мы можем себе представить, и то, как эта новая стратегия влияет на другие важные компоненты организма, такие как иммунные клетки, еще предстоит оценить.

«Тем не менее, это очень обнадеживающие результаты, которые позволяют предположить, что этот новый метод лечения может иметь реальные преимущества в клинических условиях, стимулируя регенерацию костей».

Новое биоинженерное исследование может улучшить методы регенерации костей



Новости партнеров