Известно, что повреждения хрящевой ткани могут стать основой развития вторичного остеоартрита, существенно нарушая состояние и качество жизни таких пациентов. В новом исследовании учеными Гетеборгского университета (University of Gothenburg), Швеция, описан успешный опыт создания хрящевой ткани путем технологии 3D-биопринтинга с использованием стволовых клеток. Несмотря на то что сохранение жизнеспособности клеток, прошедших указанную процедуру, можно рассматривать как основной результат, в дополнение к этому авторам удалось достичь возможности клеточного деления и дифференциации с образованием хондроцитов в модели, полученной путем 3D-биопринтинга. Данный проект осуществлен при сотрудничестве исследователей Технического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology), Швеция, являющихся в настоящее время экспертами в сфере 3D-принтинга биологических материалов. Результаты работы опубликованы в издании «Scientific Reports» 6 апреля 2017 г.
Для решения поставленной задачи учеными использованы хондроциты пациентов, перенесших хирургическое вмешательство на коленном суставе. В лабораторных условиях хондроциты были переформированы до состояния плюрипотентных стволовых клеток, после чего разрежены, инкапсулированы в состав нанофибриллярной целлюлозы, что в итоге послужило основой 3D-биопринтинга заданной структуры. После этапа технологического структурирования трехмерная модель стволовых клеток была обработана факторами роста с целью инициации деления и дифференцировки плюрипотентных клеток и конечного формирования хрящевой ткани.
Стина Симонссон (Stina Simonsson), доцент клеточной биологии, руководитель научного проекта, отметила, что в биологических системах дифференцировка стволовых клеток в хрящевую ткань не представляет сложностей. Однако воспроизведение этого процесса in vitro достаточно трудоемко. Поэтому научный проект, осуществление которого заняло около трех лет напряженной работы, тем более заслуживает внимания, поскольку его обнадеживающие результаты достигнуты без проведения каких-либо экспериментов на животных. В ходе работы основные усилия команды ученых были связаны с поиском возможностей сохранения жизнеспособности стволовых клеток в процессе биопринтинга, а также разработкой технологического алгоритма инициации и поддержания процессов деления и дифференцировки исходных клеток в хондроциты. В итоге хрящевая ткань, полученная путем биопринтинга трехмерной структуры, обладала сходными параметрами с аналогичными нативными структурами. В частности, подобно естественной хрящевой ткани, в трехмерной модели, полученной in vitro, содержался коллаген II типа, а микроструктура клеток не отличалась от образцов хрящевых клеток человека.
В целом проведенное исследование, несомненно, знаменует собой гигантский шаг вперед в сфере эндогенных регенеративных технологий. Однако авторы работы выразили надежду на то, что в обозримом будущем станет возможным применение нового, более оптимального (в сравнении с целлюлозой) биоразлагаемого материала, поскольку основой полноценного применения разработанной технологии в хирургическом лечении пациентов с травмами хрящей или остеоартритом является, прежде всего, безопасность.
- Nguyen D., Hägg D.A., Forsman A. et al. (2017) Cartilage tissue engineering by the 3D Bioprinting of iPS cells in a Nanocellulose/Alginate Bioink. Sci Rep., Apr. 6 (https://www.nature.com/articles/s41598-017-00690-y).
- University of Gothenburg (2017) Success in the 3-D bioprinting of cartilage. Sci. Bul., May 1 (http://sciencebulletin.org/archives/12654.html).
Наталья Савельева-Кулик
