В области тканевой инженерии и регенеративной медицины достигнут значительный прорыв благодаря инновационной разработке исследователей из IBEC под руководством Оскара Кастаньо. Их последнее исследование, опубликованное в журнале Biomaterials Advances, представляет революционный подход к решению одной из ключевых проблем в костной регенерации — обеспечению адекватной васкуляризации имплантатов. Традиционные методы костной пластики часто сталкиваются с осложнениями из-за их недостаточного кровоснабжения, что приводит к плохой интеграции и некрозу тканей. Особенность кости как ткани делает связь между ангиогенезом и заживлением критически важной, что подтверждается многочисленными исследованиями, демонстрирующими нарушение процесса заживления при недостаточном формировании кровеносных сосудов.
Исследовательская группа разработала инновационные скаффолды (это такие каркасы, на которых клетки растут и восстанавливают повреждённые ткани). Они были созданы основе полимолочной кислоты (PLA) и фосфата кальция (CaP), используя технологии 3D-биопечати. Эта комбинация материалов была выбрана не случайно: она позволяет точно воспроизвести как органическую, так и неорганическую составляющие костной ткани. Структура натуральной кости, состоящая из неминерализованной органической части (преимущественно коллагена) и минерализованной неорганической (гидроксиапатита), требует особого подхода к созданию искусственных каркасов.
Ключевой особенностью разработанных скаффолдов является их трехмерная пористость, обеспечивающая оптимальные условия для транспорта питательных веществ, кислорода и продуктов метаболизма, а также для проникновения клеток и формирования сосудистой сети. Использование технологии 3D-печати позволило достичь беспрецедентного контроля над геометрией скаффолда, его пористостью и характеристиками поверхности.
Первый автор исследования, Селия Хименес-Карбальо, подчеркивает уникальность метода, позволяющего создавать индивидуализированные скаффолды, которые имитируют структуру естественной костной ткани. Это свойство особенно важно для улучшения клеточной инфильтрации и обмена питательными веществами в процессе заживления.
Лабораторные исследования продемонстрировали способность скаффолдов поддерживать пролиферацию мезенхимальных стволовых клеток человека и стимулировать секрецию фактора роста эндотелия сосудов — ключевого белка в процессе формирования кровеносных сосудов. Важно отметить, что скаффолды обеспечивали физиологический уровень высвобождения ионов кальция, что также играет существенную роль в поддержке васкуляризации.
Испытания на животных показали еще более впечатляющие результаты. При подкожной имплантации мышам скаффолды продемонстрировали отличную интеграцию и заметную инфильтрацию кровеносными сосудами уже через неделю после имплантации. Особенно эффективными оказались скаффолды PLA-CaP, которые через четыре недели после имплантации показали увеличенное созревание сосудов без признаков их регрессии. Детальный анализ выявил интересную динамику: изначально тонкие стенки сосудов со временем становились толще и стабильнее. Такая прогрессия указывает на то, что скаффолды не только обеспечивают начальную поддержку роста кровеносных сосудов, но и создают благоприятную среду для формирования устойчивой васкуляризации, необходимой для полноценной регенерации костной ткани.
Оскар Кастаньо, руководитель исследования, отмечает революционный потенциал разработанных 3D-печатных скаффолдов в области костной регенерации. Улучшение васкуляризации может значительно повысить эффективность заживления и снизить вероятность осложнений, связанных с традиционными методами трансплантации.