Выращенные межпозвонковые диски успешно пересажены козе

Автор оригинала: Abbey Hunton
  • Перевод


Впервые биоинженерные межпозвонковые диски были успешно имплантированы и обеспечивали долговременную функцию в самой большой модели животных, когда-либо использовавшейся в этом направлении.
Новое исследование Penn Medicine, опубликованное в Science Translational Medicine, показывает убедительные свидетельства, что клетки пациентов, страдающих от боли в шее и спине, могут быть использованы в инженерии нового межпозвонкового диска в лаборатории, чтобы заменить повреждённый. Исследование, выполненное на козах, проводилось междисциплинарной группой Медицинского факультета, Школы инженерии и прикладных наук и Школы ветеринарной медицины при Университете Пенсильвании.

Мягкие ткани в позвоночнике, межпозвонковые диски, нужны в движениях, таких как повороты головы или завязывание шнурков. Но примерно половина взрослого населения в США страдает от болей в спине или шее, лечение и забота о них ложатся серьёзным экономическим бременем на общество – примерно $195 миллиардов в год. В то время как разрушение межпозвонкового диска часто связано с этой болью, основные причины его разрушения остаются менее понятными. Современные подходы, включающие операции на позвоночнике и механические замещающие импланты, обеспечивают симптоматическое лечение, но они не восстанавливают структуру, функцию и диапазон движения нативного диска, и они часто имеют ограниченную эффективность. Таким образом, существует запрос на новые методы лечения.
Тканевая инженерия имеет большие перспективы. Она включает в себя объединение собственных стволовых клеток пациента или животных с каркасами из биоматериала в лаборатории с целью конструирования сложной структуры, которая затем имплантируется в позвоночник в качестве замещающего диска. В течение последних 15 лет исследовательская группа Penn разрабатывала биоинженерный диск при помощи тканевой инженерии, переходя от фундаментальных научных исследований in vitro к моделям с маленькими животными и моделям с более крупными животными, ориентируясь на испытания на человеке.
«Это важный шаг: вырастить такой большой диск в лаборатории, поместить его в дисковое пространство, а затем заставить его интегрироваться с окружающей нативной тканью. Это очень многообещающе», – сказал Роберт Л. Мок, профессор образования и исследований в области ортопедической хирургии в Медицинской школе Перельмана в Пенне, а также научный сотрудник в Corporal Michael Crescenz VA Medical Center (CMC VAMC) в Филадельфии и главный автор публикации. «Нынешние терапии на самом деле не восстанавливают диск, поэтому мы надеемся, что с этим разработанным имплантом мы заменим его биологическим, функциональным способом и восстановим полный диапазон движения».

Прошлые исследования, проведённые командой, успешно показали интеграцию их биоинженерных дисков, известные как disc-like angle ply structures (DAPS), в хвосты крыс в течение пяти недель. Это последнее исследование продлило этот период на крысе до 20 недель – но с обновленными дисками, известными как endplate-modified DAPS или eDAPS, чтобы имитировать структуру нативного сегмента позвоночника. Добавление концевых пластин помогло сохранить инженерную структуру и способствовать ее интеграции в нативную ткань.
МРТ, наряду с гистологическим, механическим и биохимическим анализом, показали, что eDAPS восстанавливал структуру нативного диска, биологию и механическую функцию в модели крысы. Развивая этот успех, исследователи затем имплантировали eDAPS в шейный отдел позвоночника коз. Они выбрали козу, потому что размеры её шейно-спинного диска похожи на человеческие, и козы имеют полустоячую фигуру.
Исследователи показали успешную полную замену диска в шейном отделе козы. Через месяц распределение матрикса было либо сохранено, либо улучшено в рамках eDAPS. Результаты МРТ также позволяют предположить, что состав диска через восемь недель сохранялся или улучшался, и что механические свойства либо соответствовали, либо превосходили таковые у нативного диска козы.

«Я полагаю, очень здорово, что мы прошли путь от крысиного хвоста до имплантов человеческого размера», – сказал Харви Э. Смит, доктор медицинских наук, доцент кафедры ортопедической хирургии и нейрохирургии в Медицинской школе Перельмана. и штатный хирург в CMC VAMC, а также старший научный сотрудник и клинический руководитель исследования. «Когда вы смотрите на успех в литературе по механическим устройствам, я полагаю, что есть очень веская причина для оптимизма, что мы можем достичь того же успеха, если не превзойти его с помощью биоинженерных дисков».
Исследовательская группа связывает успех этой работы с междисциплинарным и трансляционным подходом, который они использовали с самого начала в Пенне, где проживают многие эксперты из различных факультетов и школ, которые были вовлечены в этот проект.
«Мы использовали все различные направления, которые Пенн имеет под своей крышей, от фундаментальных исследований до клиницистов. У нас есть невероятная сеть, которую можно использовать для этого и иных исследований», – сказал автор исследования Томас П. Шаер (Thomas P. Schaer), директор VMD, директор отдела трансляционных ортопедических исследований и доклинических исследований в Школе ветеринарной медицины Университета Пенсильвании New Bolton Center. «Не каждое академическое учреждение имеет такую совместную экосистему, которая была для нас огромным преимуществом, когда мы начали это исследование, а затем поддерживали его во времени».

Команда также включает в себя первого автора Сару Гульбренд, научного сотрудника в отделении ортопедической хирургии Penn Medicine и Translational Musculoskeletal Research Center в Corporal Michael Crescenz VA Medical Center, Лахлана Смита, сотрудника кафедры нейрохирургии и ортопедической хирургии в Пенне и Доун М. Эллиотт, бывшего исследователя Пенна, в настоящее время являющимся заведующим кафедрой биомедицинской инженерии в Университете штата Делавэр.

Следующим шагом будет проведение более долгосрочных испытаний функции eDAPS в модели козы, сказали авторы, а также для моделирования разрушения межпозвонковых дисков у людей и для проверки того, как их биоинженерные диски работают в этом контексте.

«Желательно имплантировать биологические ткани, состоящие из ваших собственных клеток», – сказал Смит. «Использование настоящего тканевого замещающего импланта в эндопротезировании – такого мы ещё не делали в ортопедии. Я полагаю, что это будет смена парадигмы того, как мы лечим заболевания позвоночника и как мы реконструируем суставы».
Поддержать автора
Поделиться публикацией

Комментарии 22

    +5
    Примечание: успех программы связан с её междисциплинарным характером и инженерной направленностью. В ней не принимало участие ни одного геронтолога. И слава Богу! Иначе 15 лет они бы лишь изучали разрушение межпозвонковых дисков — а не их выращивание.

    Меня порой обвиняют в плохом отношении к базовым исследованиям. Мол без них не было бы и успехов в биоинженерии. Я с огромным уважением отношусь к науке. Но, такие вещи как «Большое рандомизированное исследование витамина D, жирных кислот Омега-3 и уменьшение когнитивной функции» за $500 000 — не базовое исследование и не наука, а банальный распил. Они бесполезны в принципе, ибо уменьшение когнитивной функции обусловлено накоплением повреждений в мозгу, а жирные кислоты не уменьшают их уровни!

    Также программа показала — изучение разрушения дисков и их выращивание и замена — разные направления, (первое — базовая наука, а второе — инженерия) и мы можем их выращивать, не зная причин разрушения. Как и говорит концепция SENS. Экономия времени налицо.

      0
      уменьшение когнитивной функции обусловлено накоплением повреждений в мозгу

      Из Вашей фразы создаётся впечатление, что только это и может снизить когнитивные способности (имелось в виду что-то касательно самого исследования?). В то время как в соседней теме обсуждают влияние концентрации банального CO2 в помещении на текущее состояние.
        +1
        Имеются в виду возрастные изменения в мозге, а не текущие нарушения гомеостаза. Смысл комента автора перевода — можно кардинально бороться с последствиями нарушений, устраняя их, коль скоро причину нарушений пока сложно установить, или на нее трудно воздействовать.
          0
          Именно.
        –1
        обусловлено накоплением повреждений в мозгу,

        Заявление насколько громкое, настолько же и не конкретное. Каких повреждений?

          0
          Молекулярных и клеточных.
            +1

            Очевидно, что вы имели ввиду это. Но конкретики не прибавилось. Кроме теории повреждений есть и теория программы.


            Сама по себе идея проверять всё подряд — так себе, но ваше утверждение всё же не подтверждено.

              0
              Пока никакой программы не нашли, и вся регенеративная медицина основана на ремонте повреждений.

              НЕ существует никаких механизмов по которым жирные кислоты увеличивали бы число нейронов, уменьшали хроническое воспаление, убивали раковые клетки и убирали внеклеточные белковые накопления, липофусцин и глюкозепан. И они не изменяют эпигенетические профили.

              Мы знаем главные причины когнитивных нарушений, и понимаем, какие терапии в принципе рабочие, а какие нерабочие. И проверять полезно лишь принципиально рабочие терапии.
          0
          уменьшение когнитивной функции обусловлено накоплением повреждений в мозгу, а жирные кислоты не уменьшают их уровни!

          Простите, а как это можно утверждать без соответствующих исследований?
            0
            Из знания биохимии человека. Нужная информация была известна — и прямое изучение влияния жирных кислот на мозг не показало бы ничего нового. И не показало!
            –1
            Вас задело, что кто-то популяризует свою идею, и Вы решили поспешно пропихнуть свою? Ну, так она совершенно неконкретна, не подтверждена и, с высокой вероятностью, ошибочна.
            0
            Очень интересная новость. Я инвалид по теме. Несколько лет назад читал опыт китайцев по пересадке дисков умерших людей то же в шейном отделе позвоночника, но через несколько лет после операции по пересадке у пациентов опять были проблемы с дисками.

            Думаю что пациенты перенесшие этот эксперимент выполняли все предписания врачей терапевтов реабилитологов делали все необходимые упражнения однако болезнь вернулась.
              0
              Ах, как раз большинство пациентов не выполняют назначения! ;-)
              0
              Нда. Вот только коза, в отличии от человека не испытывает вертикальных нагрузок на позвоночник, ну по крайней мере далеко не в таком объёме, как человек. Ибо остеохондроз болезнь сугубо прямоходящих, расплата за наше прямохождение. И дело ведь не только в самом диске. А в нагрузках которые он испытывает, и страдает не только диск, но и происходит гипертрофия связок, суставных отростков, растут остеофиты. Смысл стабилизации имплантами в исключении поражённого сегмента из движения, поставишь такой выращенный диск, он за 6 месяцев сотрётся в ничто.
                0
                Наверное инженерная группа не в курсе — и именно поэтому использовали животное с полувертикальным позвоночником, близким по нагрузке к человеку.
                0
                Эх, жаль только что практическими результатами такой работы можно будет воспользоваться не раньше, чем лет через 10. Вот было бы здорово, если бы начались сокращаться сроки между исследованиями и практикой.
                  0
                  Хорошо, что вы живёте щаз, а не в 50-e ;-) По прогнозам лучших биоинженеров примерно через 10 лет они научатся выращивать и печатать на замену многие органы, включая сердце, печень, почки, лёгкие.
                    +1
                    Скажем так, до 80% населения страдает опорно-двигательными заболеваниями. Так что даже научись они выращивать/печатать хрящи за это время в массовом сегменте — уже большой шаг вперёд.
                      –1
                      Не верьте прогнозам. СтК уже 10 лет юзают в экспереминтальном лечении а опасность онкологии остается.
                    –1
                    Ну что ж, теперь 50 лет ждать, пока это все дойдет хотя бы до ограниченной публичности для человеков. Ура! Впрочем, на безрыбье и рак…
                      0
                      А чем лично вы помогли прогрессу биоинженерии? Перевели $50 в SENS, инвестировали в биоинженерные компании или по крайней мере узнали у научной группы, чем могли бы им помочь? Путь в 1000 шагов начинается с первого шага!
                        –1
                        Не в этой области. Даже если я миллион долларов в SENS задоначу, прогресс не ускорится ни на йоту. С миллионом долларов гораздо умнее было бы организовать свою лабораторию где-нибудь в Нигерии или Китае, где могут закрыть глаза на этику и бумажки, и сделать все то, что эти ребята разрабатывали 15 лет, за год.

                        Проблема медленного прогресса связана с финансированием менее, чем на половину. Проведу параллель — недавно Китай заявил, что против смелого поступка одного из ученых, отредактировавшего геном эмбрионов. Пройдет лет 50, пока CRISP\Cas9 будет доступна хотя бы для эмбрионов, не говоря уже о взрослых человеках, и ваши 50$ ничего с этим не сделают.

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое