Органы, мышцы и кости состоят из нескольких типов клеток и тканей, которые тщательно организованы для выполнения определенной функции. Например, почки способны фильтровать отходы из крови из-за того, как устроены их специализированные клетки и ткани. Нарушение этой организации резко влияет на то, как клетки и ткани эффективно выполняют свою работу.
Другой пример – суставной хрящ, который существует там, где кости встречаются в суставах. Этот тип хряща обеспечивает амортизирующий материал для защиты концов костей и плотно интегрируется с костью через область градиента, известную как остеохондральный интерфейс – остео означает, что связано с костью, хрящ – с хрящом. Когда суставной хрящ отсутствует или поврежден, возникает изнурительная боль.
В отличие от некоторых тканей, хрящ не может восстанавливаться. В нем отсутствуют кровеносные сосуды для поддержки такого ремонта. После травмы или повреждения дегенерация хряща прогрессирует, что приводит к остеоартриту, которым страдают около 27 миллионов американцев.
"Медицинское вмешательство – единственный способ регенерировать костно-хрящевую ткань," говорит Лесли Чоу, доцент кафедры материаловедения & Инженерия и биоинженерия в университете Лихай. "Чтобы успешно регенерировать этот хрящ и сделать его функциональным, мы должны учитывать тот факт, что функция связана как с хрящом, так и с костью. Если у хряща нет хорошего якоря, это бессмысленно. Вы можете регенерировать красивый хрящ, но это не продлится долго, если он не прикреплен к кости, находящейся непосредственно под ним."
По словам Чоу, это представляет собой огромную инженерную задачу, поскольку сложно создать один орган, состоящий из двух очень разных тканей. По ее словам, необходим метод тканевой инженерии, учитывающий многокомпонентный и организационный характер того, как ткани формируются в природе "Тогда у нас будет возможность создать что-то долговечное."
Чоу сделал важный шаг в попытках решить эту проблему. Она и ее команда из The Chow Lab в Лихай продемонстрировали новый метод изготовления каркасов, представляющих пространственно организованные сигналы для локального управления поведением клеток в одном материале. Их документ с подтверждением концепции, опубликованный в журнале Biomaterials Science, называется: "Трехмерная печать конъюгатами пептид-полимер для одноэтапного изготовления пространственно функционализированных каркасов." Этой работой руководили аспиранты Лихай Паула Камачо (биоинженерия) и Хафиз Бусари (материаловедение & Engineering) с соавторами Келли Сеймс (Материаловедение & Инженерное дело), Петер Шварценберг (Машиностроение & Механика) и Ханна Л. Дейли, доцент кафедры машиностроения и механики в Лихайе. В их публикации показано, как их платформу можно использовать для создания непрерывных высокоорганизованных каркасов для регенерации двух разных тканей, таких как те, что находятся в остеохондральном интерфейсе.