Группа исследователей открыла новую технику, которая может ускорить восстановление пациента после замены костей. Новые микроволокна, которые в 10 раз тоньше человеческого волоса, могут менять размер, форму и ядра отдельных стволовых клеток и «обманывать» их так, чтобы они становились клетками костей. Дальнейшие исследования будут направлены на улучшение процесса фиксации костных имплантов с уменьшением риска инфицирования.
Международная исследовательская группа под руководством Университета Монаша открыла новый метод, который может ускорить восстановление человека после костной имплантации за счет изменения формы и ядер отдельных стволовых клеток.
В рамках сотрудничества с участием Университета Монаша, Мельбурнского центра нанопроизводства, CSIRO, Института медицинских исследований Макса Планка и Швейцарского федерального технологического института в Лозанне были разработаны массивы микроволокон, производящиеся с использованием ультрафиолетовой литографической нанопечати, которые, по сути, «обманывают» клетки, превращая их в кости.
Литографическая нанопечать позволяет создавать изображения в микромасштабе при низкой стоимости процесса, с высокой производительностью и высоким разрешением.
При имплантации в тело пациента в рамках процедуры замены кости, такой как бедро или колено, исследователи обнаружили, что эти волокна - которые в 10 раз тоньше человеческого волоса - меняют форму, ядра и генетический материал внутри стволовой клетки.
Исследовательская группа не только смогла определить топографию размеров волокон и их влияние на стволовые клетки, но и обнаружила, что с их помощью можно сформировать в четыре раза больше костной ткани по сравнению с существующими методами.
Результаты были опубликованы в Advanced Science.
«Это означает, что с дальнейшей разработкой этой технологии мы сможем ускорить процесс фиксации костных имплантов к окружающей ткани, в дополнение к снижению рисков заражения», - сказала доцент Джессика Фрит с факультета материаловедения и инженерии Университета Монаша. «Мы также сможем определить, какую форму принимают эти опорные структуры и какого размера они должны быть для упрощения изменений в каждой стволовой клетке, и выбрать ту, которая лучше всего подходит для применения на практике».
В настоящее время исследователи проводят моделирование и тестирование этой технологии на животных, чтобы увидеть, как она работает с медицинскими имплантатами.
Инженеры, ученые и медицинские работники уже давно знают, что клетки могут принимать сложные механические сигналы от микросреды, которые, в свою очередь, влияют на их развитие.
Однако доктор Виктор Кадарсо из факультета механической и аэрокосмической инженерии Университета Монаша говорит, что их результаты указывают на неизвестный ранее механизм, с помощью которого можно использовать «механотрансдукторную передачу сигналов» с помощью микротопографии для клинических условий в будущем.
«Использование микрорельефа поверхности вместо добавления биологических факторов для управления развитием стволовых клеток имеет далеко идущие последствия для «умного» культивирования в технологии стволовых клеток и клеточной терапии, а также для разработки интеллектуальных материалов для имплантатов с повышенной остеоиндуктивной способностью», - сказал доктор Кадарсо.
Профессор Николас Фёлькер из Института фармацевтических наук Монаша и директор Мельбурнского центра нанопроизводства говорит, что результаты исследований подтверждают влияние микроволокон не только на форму клеточного ядра в целом, но и на его содержимое.
«Способность контролировать степень деформации ядра клетки путем определения архитектуры нижележащего субстрата может открыть новые возможности для регулирования экспрессии генов и последующей судьбы стволовой клетки», - сказал профессор Фёлькер.
