Исследователи из Манчестерского университета (Англия) совершили значимый прорыв в области биомедицины: они создали биопечатные модели человеческих межпозвоночных дисков, которые воспроизводят структуру и функции настоящих тканей. Это открытие может привести к новым способам лечения боли в спине — состояния, от которого страдают более 600 миллионов человек по всему миру.
Работа проведена под руководством доктора Мэтью Дж. Киббла и опубликована в журнале Acta Biomaterialia. Ученые использовали 3D-биопечать — технологию, при которой из гелеобразных чернил, содержащих живые клетки и биоматериалы, (основа из которых коллаген и альгинат из морских водорослей), послойно создаются сложные структуры, имитирующие настоящие ткани.
Команда впервые показала, что жесткость тканей и уровень кислорода в микросреде межпозвоночных дисков сильно влияют на активность клеток, в том числе на выработку ключевых биоматериалов — коллагена и гиалуроновой кислоты. Эти молекулы жизненно важны для поддержания структуры и функций межпозвоночного диска, а их дефицит связан с его дегенерацией и хронической болью.
«Наши результаты дают важную информацию о факторах, приводящих к дегенерации диска, и прокладывают путь для разработки более эффективных регенеративных методов лечения», — говорит доктор Стивен М. Ричардсон, соавтор исследования.
Ученые также напечатали модели, содержащие два типа клеток, присутствующих в разных частях диска у взрослого человека — клетки ядра пульпозуса и фиброзного кольца (аннулюс фиброзус). Эти клетки реагировали на условия среды и производили матрикс (внесеточную структуру), имитируя процессы в настоящем диске.
«Было много попыток спроектировать диски, чтобы изучить их биологию, но это очень трудоемкий процесс. Наша работа позволяет создавать биологически функциональные модели в масштабе», — поясняет доктор Киббл.
Что это значит для медицины
Созданные модели открывают путь к созданию реалистичных лабораторных моделей заболеваний без необходимости использовать лабораторных животных. Это особенно важно для разработки регенеративной терапии, например, с использованием стволовых клеток или генно-модифицированных клеток. В будущем ученые планируют добавлять в модели клетки из молодых здоровых дисков, чтобы лучше понять, как формируются здоровые ткани и можно ли восстановить поврежденные.
Биопечать уже применяется в моделировании других тканей, включая мозг, кожу, сердце и почки, но пока используется в основном для научных исследований.
«Эта работа — шаг к автоматизированному созданию реалистичных моделей целых органов и пониманию коренных причин дегенерации дисков», — отмечает доктор Ричардсон.
Ученые впервые напечатали аорту на 3D-принтере и пересадили ее крысам
Ученые вырастили в лаборатории зубы из собственных клеток пациента