Ученые напечатали хрящ без искусственного матрикса

Американские ученые усовершенствовали методику 3D-печати хряща. Им удалось обойтись без искусственного межклеточного матрикса, используя только клеточный материал, что ближе к натуральному развитию хрящевой ткани. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.

В большинстве экспериментальных технологий 3D-печати хряща используются гидрогели, в которые погружены хондробласты (клетки хрящевой ткани). По словам руководителя исследования Ибрагима Озболата (Ibrahim Ozbolat), подобный подход не позволяет клеткам обмениваться сигналами, как это происходит в живом хряще, в результате чего искусственная ткань не обладает необходимыми механическими характеристиками.

Сотрудники Университетов Пенсильвании и Айовы, а также Массачусетской больницы общей практики ввели хондробласты в микротрубки из альгината (биосовместимого полисахарида, получаемого из водорослей) диаметром от 0,75 до 1,25 миллиметра. Их поместили в питательную среду на неделю. За это время клетки пролиферировали и срослись друг с другом, образовав нити длиной около восьми сантиметров.

Ученые разработали специальное сопло для 3D-принтера, которое позволяет использовать очищенные от альгината эластичные клеточные нити в качестве «чернил». Подобная технология позволяет печатать хрящ любой формы с любой ориентацией слагающих его волокон, максимально приближая результат к структуре природной хрящевой ткани.

Спустя полчаса после печати клеточные нити срастаются настолько, что заготовку хряща можно переместить для созревания в питательную среду. Процесс созревания занимает около недели. Как показал эксперимент, такая технология наносит минимальное повреждение клеткам, которые сохраняют способность к пролиферации и синтезу гликозаминогликанов (основного вещества хряща). Иммунохимический анализ выявил достаточную экспрессию специфичных РНК и белков. Имплантация искусственного хряща в образец дефектной костно-хрящевой ткани показала, что он может подвергаться дальнейшему ремоделированию, взаимодействуя с организмом реципиента.

Механические свойства напечатанного хряща лучше, чем у аналогов с гидрогелем, однако они уступают натуральной ткани. Озболат рассчитывает улучшить их, прилагая давление в процессе созревания, как это происходит при реальном росте хряща. Помимо имплантации искусственную ткань можно использовать для моделирования заболеваний и испытаний новых лекарств.

Олег Лищук