Первый шаг к регенерации конечностей

Ученые из Массачусетской   больницы (Бостон, США) предприняли первый шаг к созданию биоискусственных конечностей, которые будут использовать для трансплантации людям, потерявшим ногу или руку. 

Об этом сообщается в журнале Biomaterials. 

В Соединенных Штатах более 1,5 миллионов человек потеряли конечность. 

На данный момент им доступно множество совершенных моделей протезов, но авторы говорят, что все эти устройства ничто по сравнению с живой рукой или ногой, которые можно будет выращивать и трансплантировать в скором будущем. 

За прошедшие 20 лет врачи неоднократно пробовали пересаживать больным руку от донора, но эта процедура наталкивается на значительные сложности, а пациенты после пересадки должны всю жизнь принимать иммуносупрессоры. 

Проблему можно решить, если удастся вырастить собственную, биологически идентичную конечность, которая будет отлично приживаться. Но, по словам ученых, для этого необходим специальный подходящий матрикс (каркас) для выращивания на нем новых тканей. 

«Достаточно сложное строение наших конечностей делает создание функциональной биоискусственной замены особенно сложным заданием. Конечности состоят из мышц, костей, хрящей, кровеносных сосудов, сухожилий и нервов – каждую из этих структур нужно вырастить на специфическом поддерживающем матриксе. Мы продемонстрировали, что можем создать сложный матрикс, подходящий для этой задачи», - поясняет ведущий автор последней работы доктор Харальд Отт (Harald Ott), сотрудник хирургического отделения Центра регенеративной медицины Массачусетской общеклинической больницы. 

Доктор Отт и его коллеги ранее уже проводили успешные эксперименты по регенерации почек, печени, сердца и легких, используя раствор поверхностно-активного вещества для извлечения клеток из донорского органа с последующим введением выращенных из них клеток-предшественников в специальный матрикс. Но к задаче, сопоставимой по сложности с созданием биоискусственной конечности, ученые еще не подходили. 

В ходе своих опытов они на протяжении недели постепенно убирали клеточный материал с конечностей мертвых крыс, сохраняя при этом первичный сосудистый и нервный матрикс, то есть ту структуру, которая требуется для выращивания на ней новых полноценных тканей. 

Затем оставшийся матрикс повторно заселялся культурами мышечных и сосудистых клеток в биореакторе. Сосудистые клетки вводили в главную артерию конечности, в результате чего постепенно отрастали новые вены и артерии. Остальные клетки-предшественники вводили в специфические точки матрикса, на которых должны отрастать мышцы. 

На протяжении 5 суток после введения клеток-предшественников ученые стимулировали конечность электричеством, что способствует формированию новой мышечной ткани. После 2 недель в биореакторе конечность извлекли и изучили. Оказалось, за это время мышечные волокна выросли настолько, что могли обеспечить силу сокращений порядка 80% от силы новорожденного животного. 

Когда эту конечность трансплантировали грызуну-реципиенту, от которого и были взяты клетки, кровь быстро начала циркулировать в ней, а мышцы правильно реагировали на электрическую стимуляцию. 

После успешного эксперимента на крысах исследователи повторили свой успех на бабуинах, что подтвердило возможность применения уникальной технологии на людях. Но ученые говорят, что они столкнулись с проблемой реинтеграции вновь выращенных нервов с нервной системой реципиента. 

«При трансплантации конечности в клинических условиях нервы должны срастись, обеспечив движение и чувствительность графта. Теперь мы понимаем, что этот процесс направляется нервным матриксом внутри графта. Несмотря на существующие трудности, мы уверены, что биоискусственные конечности имеют будущее», - говорит доктор Отт. 

В скором времени ученые проведут опыты по регенерации человеческих мышц, костей, хрящевой и соединительной ткани. Если все пройдет хорошо, то не за горой испытания новой технологии на людях.