Хорошо известно, что при повреждении суставных хрящей, например, в коленных суставах, они очень медленно заживают, если заживают вообще. Однако новый биогибридный материал может в один прекрасный день изменить ситуацию и даже стать платформой для выращивания новых хрящевых клеток.

На изображении инновационного материала выполненном с помощью микроскопа, показаны естественные коллагенообразующие клетки ( красный цвет), которые могут воспроизводиться в соединенных между собой коллагеновых волокнах ( золотистый цвет). Bouklas Lab/Cornell University

При создании искусственного хряща необходимо учитывать следующие критерии: как и натуральная хрящевая ткань, материал должен быть достаточно пластичным, чтобы изгибаться вместе с суставом, и в то же время достаточно прочным, чтобы выдерживать постоянные нагрузки.

В прошлом в качестве заменителей предлагались как вещества из природных полимеров, таких как коллаген, фибрин или гиалуроновая кислота, так и чисто синтетические соединения. По мнению ученых из Корнельского университета, ни один из этих подходов не смог успешно совместить два основных преимущества настоящей хрящевой ткани.

Учитывая это обстоятельство, исследователи разработали биогибридный материал, состоящий из натуральных коллагеновых волокон, помещенных в синтетический гидрогель. Гель является цвиттерионным, то есть каждый ион в нем заряжен как положительно, так и отрицательно.

Когда гидрогель и коллаген смешиваются, ионы геля взаимодействуют с положительно и отрицательно заряженными ионами коллагеновых волокон, в результате чего последние образуют взаимосвязанную сеть, подобную той, что существует в натуральном коллагене. Таким образом, полученный материал получается прочным и упругим, и в то же время мягким и гибким.

В результате лабораторных испытаний было установлено, что биогибридный материал "по своей эффективности" приближается к натуральной хрящевой ткани. Он оказался на 40 процентов эластичнее и в 11 раз прочнее цвиттерионного гидрогеля без добавления коллагена. К тому же, благодаря биосовместимости нового материала, его можно использовать для размножения и выращивания хондробластов - клеток хрящевой ткани мигрирующих из надхрящницы.

К тому же, благодаря биосовместимости нового материала, он может служить основой для прилегающих хрящевых клеток, которые мигрируют в него и размножаются.

"Со временем мы планируем создать материал для регенеративной медицины, например, каркас, который сможет выдерживать некоторые начальные нагрузки, пока ткань полностью не восстановится", - рассказывает доцент Николаос Буклас, возглавляющий исследование в сотрудничестве с профессором Лоуренсом Бонассаром. " Из этого материала с помощью 3D-печати можно изготовить пористую основу с клетками, которые в конечном итоге сформируют вокруг нее настоящую ткань".

Результаты данного эксперимента изложены в статье, которая недавно была опубликована в научном альманахе Proceedings of the National Academy of Sciences.

 Источники: Корнельский университет, журнал Proceedings of the National Academy of Sciences.
(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2116675119)
(https://news.cornell.edu/stories/2022/07/soft-tough-biohybrid-material-performs-cartilage)