В центре революционной методики лежит использование трехмерной биосовместимой структуры из графена — так называемой графеновой пены, которая отличается высокой проводимостью и пористостью. Целью ученых стало создание новых подходов в области тканевой инженерии, которые обеспечили бы эффективное лечение остеоартрита — дегенеративного заболевания суставов, которое со временем приводит к полному разрушению покрывающего суставные поверхности гиалинового хряща.
Проблема остеоартрита, несмотря на значительное развитие методов лечения этого заболевания, не теряет своей актуальности: сегодня заболевание затрагивает свыше 595 миллионов человек по всему миру — это более чем в два раза больше, чем в 1990 году. Экономическое бремя также впечатляет: глобальные затраты, включая лечение и выплаты в связи с потерей трудоспособности превышают 460 миллиардов долларов в год. В США на долю остеоартрита приходится около 65 миллиардов долларов одних лишь ежегодных расходов, ежегодно производится более миллиона дорогостоящих операций по замене суставов.
На сегодняшний день основной метод лечения тяжелых форм остеоартрита — это полная замена сустава, однако ученые стремятся найти менее инвазивные и более эффективные решения. В своей работе они использовали специально разработанные и напечатанные на 3D-принтере биореакторы с возможностью подачи электрических импульсов. Эти импульсы ежедневно подавались на клетки, которые росли на графеновой пене.
В эксперименте использовалась линия клеток ATDC5 — мышиные хондрогенные (то есть, формирующие хрящ) клетки, которые часто применяются в изучении хрящевой ткани. Клетки, которые получали электрическую стимуляцию, демонстрировали заметно лучшие результаты по сравнению с контрольной группой: они быстрее росли, ощутимо улучшались их механические свойства — эти два параметра являются критически важными при создании искусственного хряща.
Уникальность созданной учеными платформы заключается в возможности полного погружения графеновой пены в питательную среду, что повышает степень интеграции клеток в структуру материала. Это особенно важно, так как для получения максимально функциональной и близкой к естественной ткани необходимо добиться плотного и равномерного роста клеток в биоматериале.
По словам ведущего автора исследования Моне’т Сойер, одной из главных трудностей при использовании электрической стимуляции является необходимость точно контролировать подачу сигнала и отслеживать, как он влияет на поведение клеток. Новая система позволяет проводить такие эксперименты с высокой точностью и воспроизводимостью результата. Это позволяет ученым узнать больше, как электрические сигналы могут влиять на формирование тканей.
Тем временем в Сеченовском университете запустили производство персонализированных биомедицинских клеточных продуктов, в том числе, барабанных перепонок и перегородок носа
