Созданы восстанавливающие мышечные имплантаты

«Несмотря на то, что организм способен восстанавливать небольшие дефекты скелетной мускулатуры, единственной возможностью устранить серьезные повреждения является хирургическая пересадка мышцы из одной части тела в другую, - рассказывает Джордж Крист (George Christ), профессор Института Регенеративной Медицины при Баптистском Медицинском Центре Уэйк Форест (Wake Forest Baptist Medical Center's Institute for Regenerative Medicine), - Нашей же целью является не пересадка мышцы, а помощь организму в воссоздании новой мышцы».

В статье, недавно опубликованной в журнале Tissue Engineering Part A, Крист и сотрудники его лаборатории рассказали о приоритетном направлении своей работы и сообщили о результатах исследований. Ученые показали, что пересадка клеток, полученных из мышечной ткани, на основу из биосовместимого материала и воспроизведение нагрузки на мышцу в лаборатории приводит к формированию мышце-подобного имплантата, который может активизировать мышечную регенерацию и способствовать функциональному восстановлению. Исследователи надеются, что однажды такое лечение сможет помочь пациентам с мышечными дефектами, такими как заячья губа, волчья пасть, а также повреждения, вызванные травмой или хирургическим вмешательством.

Исследование проводилось на мышечных клетках мышей и крыс. Культивировав клетки до плотности 1 млн/см², ученые поместили их на фрагменты натурального биологического материала, созданного на основе мочевого пузыря свиньи, из которого предварительно были удалены собственные клетки. Полученная структура была помещена на растягивающее устройство, контролируемое компьютером. Закрепленный образец ткани медленно растягивался и сжимался, «приучая», таким образом, будущий имплантат к поведению в организме. Цикличное растяжение и сжатие возникало трижды в минуту в течение первых пяти минут каждого часа на протяжении недели. В ходе эксперимента ученые исследовали несколько различных подходов, в том числе, с добавлением клеток на растяжку в процессе «упражнений».

Дальнейшим шагом стал перенос фрагмента в организм мыши, у которой предварительно была удалена примерно половина широчайшей мышцы спины latissimus dorsi. Несмотря на то, что пересаживаемый фрагмент к моменту трансплантации содержал элементы мышечной ткани, он еще не был достаточно функциональным. Пересадка в организм, служащий «естественным инкубатором», стимулировала дальнейшее развитие имплантата.

Целью работы ученых являлось ускорение естественного процесса восстановления, а также стимулирование развития новой мышечной ткани. Для этого ученые сравнили 4 группы мышей. Одна из групп стала контрольной и не получала лечения, остальным пересадили имплантаты, подготовленные одним из трех способов: имплантаты первой группы не подвергались ежедневным физическим нагрузкам, второй группы – подвергались нагрузкам в течение 5-7 дней, а в имплантаты третьей группы в процессе физических «упражнений» добавляли дополнительные клетки. Результаты показали, что имплантаты, на которые воздействовали регулярными физическими нагрузками, способствовали более эффективному развитию и функционированию мышц.

«Те имплантаты, которые не подвергались физическим нагрузкам, были способны к ускорению процесса восстановления мышечной ткани, но через какое-то время процесс останавливался, - рассказывает Крист, - А использование имплантатов, подвергавшихся физическим нагрузкам, способствовало более эффективному и длительному восстановлению».

Для оценки результатов испытаний было проведено множество лабораторных тестов. Проведенный через два месяца после пересадки тест на мышечную силу показал, что у животных, которым были пересажены имплантаты с дополнительным количеством клеток, абсолютная сила мышц возросла в 3 раза по сравнению с животными из контрольной группы, чьи мышцы после повреждения восстанавливались естественным путем. Это объясняется тем, что силовые возможности мышц являются тем параметром, который определяется ежедневными тренировками.

«Если бы результаты удалось воспроизвести на человеке, восстановление мышечных функций, очевидно, расценивалось бы как значительное, - продолжает Крист, - Через два месяца после имплантации сила восстановленной мышцы составляла 70% от силы здоровой ткани, по сравнению с 30% у животных, не прошедших лечения».

Результаты исследования также показали, что новая мышечная ткань развивалась как в имплантате, так и в области, где он граничил с нативной тканью. Это позволяет предположить, что имплантат работает по принципу накопления естественного репаративного ответа организма, стимулируя при этом рост мышечной ткани.

Ученые надеются, что новый метод позволит повысить уровень лечения пациентов, которые нуждаются в дополнительных операциях для восстановления заячьей губы и волчьей пасти – относительно часто встречающихся дефектов развития, при которых для нормального развития лица необходимо заполнение щели фрагментом мышечной ткани. Дети с такой патологией обычно переносят множество операций, в ходе которых фрагмент мышечной ткани пересаживается с одного участка на другой, или же для закрытия щели растягивается избыточная ткань. Имплантат, применяемый в настоящем исследовании, имеет более подходящий размер, требуемый для операции.

«Как хирург, я рад новым возможностям тканевой инженерии в плане восстановления мышц. Этот многообещающий метод имеет большой потенциал для применения в хирургической коррекции как функциональных, так и косметических дефектов, - рассказывает Филлип Н. Фриман (Phillip N. Freeman), доцент кафедры челюстно-лицевой хирургии в Научном Центре Здоровья при Техасском Университете в Хьюстоне (University of Texas Health Science Center at Houston), - Нынешние технологии не позволяют производить полную коррекцию мышечных повреждений. Новый метод обладает потенциалом для осуществления полной коррекции нарушений у пациентов с заячьей губой и волчьей пастью».

Лабораторная мышь. (фото: iStockphoto/Brandon Laufenberg)

По материалам Wake Forest Baptist Medical Center

Оригинальная статья:

Benjamin T. Corona, Masood A. Machingal, Tracy Criswell, Manasi Vadhavkar, Ashley C. Dannahower, Christopher Bergman, Weixin Zhao, George J. Christ. Further Development of a Tissue Engineered Muscle Repair ConstructIn Vitrofor Enhanced Functional Recovery Following ImplantationIn Vivoin a Murine Model of Volumetric Muscle Loss Injury. Tissue Engineering Part A, 2012; 18 (11-12): 1213 DOI: 10.1089/ten.tea.2011.0614