Исследователи из Университета Манчестера обнаружили, что включение двумерного наноматериала оксида графена (GO) в 3D каркасы, используемые для содействия регенерации хряща, потенциально может поддерживать существенные факторы роста.

Это дает многообещающие новости из-за того, что хрящ обладает низкой способностью к самовосстановлению. Восстановление после повреждения, вызванного болезнью или травмой, часто является трудным и трудным процессом для ткани. Надежда состоит в том, что в ближайшем будущем для лечения нового хряща будут использованы самые современные методы тканевой инженерии, такие как каркасы из гидрогеля, наполненных стволовыми клетками.

Хрящевая инженерия с использованием стволовых клеток в трехмерных скаффолдах является перспективной будущей терапией для лечения дефектов хряща, которые могут привести к изнурительным состояниям, таким как остеоартрит.

Джудит Хойленд, профессор кафедры молекулярной патологии, Манчестерский университет

Тем не менее, задача заключалась в разработке и конструировании носителей доставки, которые будут успешно доставлять необходимые биологические факторы, необходимые для трехмерной модели – поскольку предыдущие испытания были ограничены 2D-субстратами и массами клеток без каркаса.

Впервые команда из Университета Манчестера продемонстрировала, как стволовые клетки человека и оксид графена могут быть одновременно включены в 3D каркас. Путем поглощения трансформирующего фактора роста бета-3 (TGF-бета 3) на чешуйках оксида графена в коллагеновом геле. Это затем позволило успешно объединить раствор с мезенхимальными стволовыми клетками человека (hMSCs) для создания каркаса. Это исключало необходимость постоянного применения и поставки больших количеств TGF-бета 3 на протяжении всего процесса. Как только начальный процесс был завершен, команда наблюдала результаты в течение 28 дней в культуре.

В течение 28-дневного периода гель оксида графена содержал более 99% TGF-бета 3 и высвобождал его с постоянной скоростью менее 2%, что обеспечивало локальную доставку в каркасе повсюду. Впоследствии наблюдения показали усиление дифференциации hMSCs в хондроциты и образование хрящевой ткани в течение всего эксперимента.

Для синтеза чешуек оксида графена был использован модифицированный метод Хаммера. Хлопья, которые имеют толщину от 10 до 40 микрон и составляют всего несколько атомных слоев, объединяли с раствором, содержащим фактор роста, и затем инкубировали в течение часа. Каркасы были созданы путем добавления этого раствора вместе с коллагеном pH7 и hMSC, выделенными из костного мозга пациентов, страдающих остеоартритом.

Хойленд и ее команда считают, что этот подход имеет многочисленные преимущества, и заявлено в исследовании «Способность хлопьев GO обеспечивать устойчивую локальную доставку делает этот материал привлекательным для стратегий тканевой инженерии, в частности для MSC, специфичных для региона. дифференциация (например, остеохондральная тканевая инженерия). »

Кроме того, процесс и получение гидрогеля, содержащего GO и TGF-бета 3, относительно просты. Другое преимущество состоит в том, что из-за большой площади поверхности графеновых хлопьев означает, что требуется только небольшое количество по сравнению с большими количествами TGF-бета 3, необходимыми при наружном применении. Из-за того, что GO удерживает более 99% TGF-бета 3, это означает, что медленное высвобождение является постоянным на протяжении всего процесса. Кроме того, раствор, содержащий GO, по-видимому, нетоксичен для стволовых клеток человека.

Эта новая методология обнадеживает будущее тканевой инженерии и «обеспечивает и эффективную систему доставки факторов роста, особенно в 3D-инкапсулированных клетках, с возможностью доставки множества факторов одновременно», утверждают исследователи. Более того, добавление путем дальнейшего повышения потенциала приложений GO для доставки биологических сигналов локально является «привлекательной стратегией, которая заслуживает дальнейшего изучения в области тканевой инженерии, особенно для регионально-специфической дифференцировки MSC».