Первые шаги к развитию «биоискусственных» конечностей замены, подходящих для трансплантации, были по сообщениям сделаны командой в Центральной больнице Массачусетса в Бостоне, кто пишет об их работе с моделью животных в журнале Biomaterials.Исследователи сняли ткань от передних конечностей крыс, но сохранили основную сосудистую сеть и матрицу нерва.Кредит изображения: доктор Бернхард Лаборатория Jank/Ott
Больше чем 1,5 миллиона американцев потеряли конечность. Протезы значительно продвинулись в функции и появлении, но авторы новой бумаги признают, что устройства все еще имеют много ограничений.Некоторые пациенты за прошлые 20 лет получили ручные пересадки от доноров, но эта процедура появляется приложенная с пожизненными рисками от иммунодепрессивной терапии.
Эта проблема могла быть решена при помощи собственных клеток – предшественников пациента, чтобы восстановить ткань для новой конечности – а не полагаться на донора – но адекватная матрица или леса должны все же быть созданы, на котором ученые были бы в состоянии вырастить новую ткань.«Сложная природа наших конечностей делает создание функциональной биологической замены особенно вызывающим», объясняет ведущий автор доктор Харальд Отт Хирургического отделения Центральной больницы Массачусетса и Центра Регенеративной Медицины.Доктор Отт продолжает:«Конечности содержат мышцы, кость, хрящ, кровеносные сосуды, сухожилия, связки и нервы – каждый из которых должен быть восстановлен и требует определенной структуры поддержки, названной матрицей. Мы показали, что можем поддержать матрицу всех этих тканей в их естественных отношениях друг другу, что мы можем культура вся конструкция за длительные периоды времени, и что мы можем повторно населить сосудистую систему и мускулатуру».
В моделях животных доктор Отт и коллеги ранее были в состоянии восстановить почки, печень, сердца и легкие, с помощью раствора детергента раздеть живые клетки от донорского органа, тогда повторно населенного с адекватными клетками – предшественниками.Однако новое исследование представляет первое использование этого метода, чтобы спроектировать биопротез, который более сложен.Клеточный материал был раздет от конечностей мертвых крыс, но матрица нерва была сохранена
У умерших крыс исследователи сняли клеточный материал от передних конечностей животных в течение 1 недели, но сохранили основную сосудистую сеть и матрицу нерва. Этот остающийся материал обеспечил структуру для всех сложных тканей, требуемых конечностью.Эта матрица передней конечности была тогда населена культурами мышцы и сосудистых клеток в биореакторе.
Сосудистые клетки были введены в главную артерию конечности, чтобы восстановить вены и артерии. Клетки – предшественники, между тем, были введены во влагалища в матрице, определяющие положения мышцы.
Конечность была электрически стимулирована после 5 дней, чтобы поощрить формирование мышцы. После 2 недель конечность была удалена из биореактора. Исследователи нашли, что электростимуляция заставила новые мышечные волокна заключать контракт с прочностью, которая была на 80% больше чем это новорожденной крысы.
Когда передние конечности были пересажены в крыс реципиента, кровь быстро начала циркулировать в новой конечности, и когда мышцы в трансплантате были стимулированы электрически, запястья и цифровые суставы лап крыс, согнутых соответственно.Команда также decellularized предплечья бабуина успешно, которых требуют авторы, подтверждает выполнимость использования метода в масштабе, подобном человеческим пациентам.
Однако исследователи все еще оказываются перед проблемой реинтеграции повторно выращенных нервов восстановленной конечности в нервную систему реципиента.«В клинической пересадке конечностей нервы действительно вырастают снова в трансплантат, позволяя и движение и ощущение, и мы узнали, что этот процесс в основном управляется матрицей нерва в трансплантате», говорит доктор Отт.
Доктор Отт надеется, что та же логика будет относиться к биоискусственным трансплантатам. Затем, команда будет делать попытку регенерации мышцы с помощью клеток человека, прежде, чем расширить процесс до человеческой кости, хряща и соединительной ткани.