3D-протезирование: новую технологию для восстановления хрящевой ткани предложили в МФТИ
Разработчики из МФТИ и Института физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН предложили технологическое решение для восстановления поврежденной хрящевой ткани сустава. Оно позволит формировать трехмерные клеточные структуры в культуральных сосудах. Речь идет не только о стандартных емкостях, но и о редких модификациях форм — многолуночных планшетах и чашках для конфокального микроскопа.
Операция по замене коленного сустава достаточно сложна технически и требует точности при определении формы протеза. Даже незначительные погрешности в установке приводят к осложнениям: воспалительным процессам, сложностям с «приживаемостью» протеза. Именно поэтому приоритетным направлением в развитии ортопедии являются технологии восстановления поврежденной хрящевой ткани с помощью сфероидов — трехмерных клеточных структур, которые имитируют условия окружающей среды живой клетки.
Сфероиды внедряются в поврежденный участок хряща, где они начинают выделять биологически активные вещества, которые способствуют регенерации ткани. Эти вещества могут стимулировать рост новых клеток хряща и ускорять их дифференцировку в хрящевые клетки.
«Клетки внутри организма человека живут в трехмерном окружении и в случае, когда они его теряют, чаще всего умирают. Когда мы говорим про стволовые клетки или хондроциты и с помощью них хотим вылечить какую-то болезнь или травму человека, нам очень важно, чтобы они были живыми. Отдельные клетки, которые просто вводятся в человека, скорее всего, умрут, поэтому очень важно использовать клетки которые имеют контакты друг с другом: для этого как раз нужно использовать сфероиды», — уточняет старший научный сотрудник, заведующий лабораторией регуляции клеточной сигнализации МФТИ Илья Зубарев.
При традиционной тактике лечения — проведении операции по протезированию коленного сустава — пациент остается под наблюдением в стационаре 3–5 дней. Передвигаться самостоятельно без специальных средств пациент сможет только через 6 недель, а полная реабилитация после замены коленного сустава может занять до 2 лет. Для сравнения: «вырастить» новый хрящ в сфероидах можно за 2 недели в лаборатории и за месяц внутри пациента.
Для создания штампов и молдов для сфероидов команда разработчиков из МФТИ и РАН применили аддитивные технологии — 3D-моделирование и 3D-принтер. В качестве базы для молдов использовали двухкомпонентный литьевой силикон. Новизна технологического решения заключается в создании штампов для многолуночных планшетов, что позволяет эффективно проводить тесты для каждого отдельного пациента, и создании молдов для флаконов с большим количеством ячеек для масштабирования процесса.
Как отмечают авторы проекта, приспособления для создания сфероидов, которые сейчас есть на рынке, имеют строго определённые размеры и подходят для очень ограниченного количества культуральных ёмкостей.
«Имеющиеся на рынке формы для получения сфероидов представлены компанией MicroTissues Inc. Они производят 3D-чашки Петри, предназначенные для изготовления сфероидов. В силиконовые формы наливается агароза и создаются трехмерные емкости. Используя эти 3D-чашки Петри, можно получать сфероиды одинакового размера и формы. Правда, конструкции ограничены количеством лунок и не предназначены для большого производства сфероидов», — рассказывает студентка кафедры молекулярной биологии Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ Мария Томилина.
В течение следующих 6 месяцев разработчики будут тестировать создаваемые приспособления в Национальном медицинском исследовательском центре травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова, а также в Институте пластической хирургии и косметологии в Москве.
Фото: meenna / ru.123rf.com
Автор: Екатерина Фурсова