Ирландцы разработали пьезоэлектрический имплантат для лечения разрывов сухожилий
Ирландские инженеры создали имплантат из пьезоэлектрических нановолокон, который улучшает регенерацию сухожилий после их повреждения. У крыс с разрывом ахиллова сухожилия, которым установили пьезоэлектрический имплантат, ученые наблюдали повышенный синтез коллагена I/III типа. Статья опубликована в Advanced Materials.
Повреждения сухожилий обычно лечат хирургически: врачи сшивают место разрыва, но это далеко не всегда означает, что после заживления сухожилие полностью восстановит свою функцию. В месте разрыва может образоваться рубцовая ткань и мешать движениям конечностей, так что медики пытаются придумать, как исключить образование рубцов. Похожая задача стоит перед врачами и при лечении переломов, когда нужно обеспечить правильный и быстрый рост костной ткани. Мы уже рассказывали про метод электростимуляции, который ученые использовали для ускорения заживления переломов. Электрическое поле достаточной силы способствует пролиферации клеток и стимулирует регенерацию тканей. При этом электрическим полем можно воздействовать не только на кости, но также и на другие виды соединительной ткани (связки, сухожилия).
Ирландские ученые во главе с Манусом Биггсом (Manus J. Biggs) из Ирландского национального университета решили использовать электрическое поле для заживления сухожилий. Они сконструировали имплантат, состоящий из пьезоэлектрических нановолокон. Во время движений в них генерируется электрический заряд, который и стимулирует регенерацию тканей.
Исследователи испытали пьезоэлектрические волокна на крысах с травмой ахиллова сухожилия. Животным сшили концы сухожилий, а затем одной группе крыс имплантировали в место разрыва пьезоэлектрические волокна, а другой поставили имплантат, не обладающий свойствами пьезоэлектрика. Через две недели после травмы грызунов стали помещать на беговую дорожку, чтобы заставить их двигаться, а пьезоэлектрические волокна вырабатывать электрический заряд.
Через восемь недель после травмы у животных в сухожилиях измерили выработку коллагена. У крыс с пьезоэлектрическим имплантатом в сухожилиях увеличился синтез коллагена I/III типа — самого эластичного и прочного вида. При этом коллаген II типа, характерный для суставов, продуцировался у них в значительно меньшем количестве, чем у крыс с имплантатом, не обладающим свойствами пьезоэлектрика (p < 0,05). Эти результаты говорят о том, что электростимуляция обеспечивает более правильную регенерацию ткани сухожилия.
В будущем исследователям предстоит усовершенствовать пьезоэлектрические имплантаты, но их работа показала, что у этого метода лечения есть большой потенциал.
Физики недавно обнаружили, что и сами сухожилия, а также стенки аорты и клапаны сердца, являются пьезоэлектриками. Ученые зафиксировали электромагнитный отклик при воздействии на них ультразвуком.
Анастасия Кузнецова-Фантони
Ученые выяснили степень его участия в повреждении почек
Группа ученых из шести стран выяснила, что высокое соотношение аденин/креатинин в моче надежно предсказывает терминальную стадию почечной недостаточности при диабетической нефропатии у пациентов без повышения концентрации альбумина в моче. Кроме того, снижение выработки эндогенного аденина предотвращает увеличение и повреждение почек у мышей с диабетом. Исследование опубликовано в журнале Journal of Clinical Investigation. Прогрессирующие поражения почек, сопровождающиеся снижением скорости клубочковой фильтрации, связаны с развитием гломерулосклероза, тубулоинтерстициального фиброза, повреждения сосудов и выходом белков плазмы крови в мочу (протеинурия). Однако у многих пациентов, у которых в конечном итоге развивается терминальная стадия заболевания почек, даже при снижении скорости клубочковой фильтрации может не наблюдаться протеинурии, что затрудняет оценку степени поражения почек, особенно при диабетической нефропатии. Поэтому определение новых биомаркеров, которые участвуют в патогенезе диабетической нефропатии и предсказывают прогрессирование поражения почек, могло бы открыть новые диагностические возможности для пациентов с диабетом. Ученые из Германии, Канады, Нидерландов, Сингапура, США и Швейцарии под руководством Кумара Шарма (Kumar Sharma) из Техасского университета в Сан-Антонио исследовали метаболомику мочи у пациентов с диабетом второго типа и сниженной скорости клубочковой фильтрации, чтобы найти маркеры развивающейся терминальной стадии почечной недостаточности. Целенаправленный анализ выявил 13 метаболитов-кандидатов, одним из которых был аденин. Поскольку известно, что экзогенный аденин связан с развитием почечной недостаточности у мышей, крыс и собак, ученые оценили, связан ли эндогенный аденин с прогрессированием заболеваний почек у пациентов с диабетом. Всего в изучаемых когортах было более 1200 человек с диабетом. Анализ показал, что пациенты с высоким соотношением аденин/креатинин в моче подвержены высокому риску развития терминальной стадии почечной недостаточности и смерти от всех причин. При этом такие ассоциации наблюдались как у пациентов с относительно сохранной скорости клубочковой фильтрации и без протеинурии. Кроме того, эта связь оставалась статистически достоверной в парных образцах мочи, взятых с разницей в один год. Применение блокатора натрий-глюкозного котранспортера второго типа эмпаглифлозина значительно снижало соотношение аденин/креатинин на 36,4 процента. Ученые наблюдали общее увеличение концентрации аденина во всех срезах биоптатов почек у участников с диабетом по сравнению со здоровыми контрольными группами. Поскольку аденин в основном локализовался в канальцах диабетической почки, а лечение эмпаглифлозином снижало его концентрацию, ученые посчитали клетки проксимальных канальцев клетками-мишенями, на которые воздействует аденин. Эксперименты на мышах показали, что воздействие аденина на почки стимулирует синтез растворимого рецептора фактора некроза опухоли-1 и молекулы повреждения почек-1, гипертрофию почек, активность мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR) в почечных клетках и выработку почечного матрикса. Таким образом, аденин можно рассматривать как биомаркер развития терминальной стадии почечной недостаточности у пациентов с диабетической нефропатией. Кроме того, ученые выяснили, в каких именно патогенетических процессах участвует аденин при этом состоянии, что подтверждает его диагностический потенциал в качестве маркера поражения почек. Самое важное при лечении диабета — найти способ эффективно снизить уровень глюкозы в крови. Ранее мы рассказывали, что это удалось сделать чайному грибу: за месяц его ежедневного питья уровень глюкозы снизился почти на три миллимоль на литр.