Развитие новой кости может быть многоступенчатым процессом: сначала стволовые клетки дифференцируются в хрящевые клетки. Затем клетки хряща становятся костными клетками. Но это еще не все: клетки должны испытывать некоторые механические нагрузки во время трансформации, чтобы эффективно трансформироваться из стволовых клеток в костные.
Исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго в сотрудничестве с коллегами из Университета Пенсильвании и Университета Кейс Вестерн работали над уникальной системой, которая доставляет стволовые клетки к участкам костных дефектов и использует гибкие фиксаторы – штифты и стержни, которые используются удерживать кости вместе – обеспечивать регулируемое количество механического напряжения.
Теперь эти исследователи во главе с Эбеном Альсбергом, профессором биоинженерии и ортопедии из инженерного колледжа UIC Эбеном Альсбергом, и Джоэлем Беркелем, доцентом ортопедической хирургии в Университете Пенсильвании, придумали способ предоставить своевременное высвобождение двух факторов роста, которые имитируют процесс образования кости, который происходит во время эмбрионального развития костей на модели крысы.
Вместе стволовые клетки, гибкие фиксаторы и синхронизированное высвобождение факторов роста однажды могут помочь залечить большие дефекты костей или переломы у людей. Их результаты опубликованы в журнале Science Advances.
"Фактически, мы доставляем нужные факторы роста в нужное время, чтобы стимулировать развитие костей из стволовых клеток так же, как это происходит во время естественного заживления и развития костей," сказал Альсберг, который является автором-корреспондентом статьи вместе с Беркелем.
В предыдущей работе группа Альсберга в UIC и его коллеги из Пенсильванского университета разработали гибкие фиксаторы и стволовые клетки "конденсаты," которые представляют собой массы стволовых клеток, соединенных друг с другом, так что их можно перемещать как листы или пробки. Конденсаты позволяют размещать стволовые клетки в определенных областях тела, например, в костных промежутках или дефектах, без риска ускользнуть, как это часто бывает, когда стволовые клетки доставляются в определенные участки тела посредством инъекции клеток. -содержащие жидкости. При совместном использовании конденсат и гибкие фиксаторы позволили улучшить заживление костных дефектов на модели крысы.
В текущем исследовании Альсберг и его коллеги добавили еще один слой в свою систему: они включили в конденсаты несколько факторов роста – один, который помогает трансформировать стволовые клетки в хрящевые клетки, называемый трансформирующим фактором роста бета1 из TGF-бета1, и другой, который способствует переходу этот хрящ в кость называется костным морфогенным белком 2 или BMP-2.
У крыс с костными промежутками в бедрах применение системы Альсберга, включая факторы роста, помогает стимулировать рост новой кости с улучшенной функцией через 12 недель по сравнению с крысами, в которых факторы роста не были включены или использовался только один фактор роста. входит в систему конденсат / гибкий фиксатор.
"Достигнутое образование кости было сопоставимо с тем, которое происходит, когда BMP-2 пропитывается коллагеновой губкой и применяется к переломам костей, что в настоящее время является одобренным FDA продуктом тканевой инженерии для спондилодеза," Альсберг сказал. "Продукт коллагена может привести к формированию кости там, где это не нужно, но в нашей системе кость формируется только в тех областях, где мы разместили конденсаты, насыщенные фактором роста."