Разработан новый подход к восстановлению межпозвонковых дисков

Ученые из Университета Дьюка (Duke University, США) показали, что применение клеточной терапии может помочь пациентам с дегенеративным заболеванием межпозвонковых дисков.

Дегенеративное заболевание межпозвонковых дисков – распространенное заболевание, которым страдают тысячи людей во всем мире. Оно развивается по мере старения человека, поскольку со временем мягкие сжимаемые диски, выполняющие роль амортизаторов, разрушаются. Несмотря на то, что дегенерация межпозвонковых дисков может произойти в любом отделе позвоночника, чаще всего заболевание возникает в области шеи или поясницы, провоцируя сильные боли. У людей, страдающих этим заболеванием, могут также возникать межпозвоночные грыжи, остеоартрит или стеноз позвоночного канала.

При использовании клеточной терапии для лечения пациентов с дегенеративным заболеванием межпозвонковых дисков ученые должны сохранить введенные клетки жизнеспособными, синтезировать подходящий замещающий материал и поместить его в нужную область позвоночника больного. Изобретение биоинженеров из Школы Инженерии Пратта (Pratt School of Engineering, США) при Университете Дьюка приближает специалистов к достижению этой цели.

Результаты исследования, направленного на проверку эффективности новой стратегии лечения, были недавно опубликованы в журнале Biomaterials. В статье аспирант Обри Франциско (Aubrey Francisco) и профессор в области биомедицинской инженерии Лори Сеттон (Lori Setton) описывают инновационный биоматериал, созданный для бустер-инъекции репаративных клеток в студенистое ядро (СЯ) – центральную часть межпозвонкового диска, состоящую из упругой студенистой хрящевой ткани. СЯ распределяет давление и обеспечивает подвижность позвонков, помогая смягчить боль в позвоночнике.

По словам Сеттона, основной задачей ученых было создать материал, который изначально будет иметь жидкую консистенцию, а после введения в диск – гелеобразную, при этом материал должен удерживать клетки в нужной области. «Нашей второй задачей было создать материал, который будет способствовать сохранению и выживанию введенных в диск клеток и синтезу белков», – говорит Сеттон.

Результаты предыдущих лабораторных исследований показали, что реимплантация в межпозвонковый диск клеток студенистого ядра или стволовых клеток может отсрочить начало его дегенерации. Несколько компаний уже предлагают стратегии введения клеток, однако они малоэффективны. По словам Франциско, при использовании этих методов клетки быстро мигрируют из области введения.

Стратегия введения клеток, предложенная учеными из Университета Дьюка, позволяет удержать клетки в области введения. Вводимый материал содержит белок, имитирующий ламинин – белок нативной ткани СЯ. В норме ламинин присутствует в молодых неразрушающихся дисках. Он позволяет инъецированным клеткам закрепиться и остаться в месте введения биоматериала. Сеттон говорит, что ламинин может также увеличить период сохранения клеток и количество синтезируемого ими необходимого межклеточного матрикса.

Разработанный материал представляет собой гелевую смесь, предназначенную для введения клеток СЯ в область межпозвонкового диска. Гель состоит из трех компонентов: химически модифицированного белка ламинина-111 и двух полиэтиленгликолевых гидрогелей, которые могут присоединяться к модифицированному ламинину. В отдельности эти вещества находятся в жидком состоянии. Вместе они образуют гель и удерживают клетки в области введения.

Для отслеживания расположения клеток после введения ученые использовали биолюминесцентный маркер люциферазу. Результаты анализа изображений показали, что через 14 дней после инъекции клеток в разработанном геле в области введения сохранилось значительно больше клеток, по сравнению с методом введения клеток в жидкой суспензии. По словам ученых, при применении доступных в настоящее время методов введения клеток уже в течение 3-4 дней после инъекции 100% введенных клеток СЯ перемещаются из области межпозвоночного диска.

По словам Сеттона, полученные результаты, несмотря на то, что они являются предварительными, могут благоприятно повлиять на будущее клеточной терапии. По мнению ученых, необходимо провести дополнительные исследования, чтобы усовершенствовать инструменты для введения клеток в межпозвонковые диски большего размера, приближенные к размерам дисков человека.

«Введенные клетки будут синтезировать матрикс, который может способствовать регенерации тканей и сможет приостановить дегенерацию», – говорит Сеттон.

Исследование было профинансировано Национальными Институтами Здоровья США (National Institutes of Health).

Схема лечения пациента с дегенеративным заболеванием межпозвоночных дисков. (фото: Aubrey Francisco)

По материалам Duke University

Оригинальная статья:
Aubrey T. Francisco, Robert J. Mancino, Robby D. Bowles, Jonathan M. Brunger, David M. Tainter, Yi-Te Chen, William J. Richardson, Farshid Guilak, Lori A. Setton. Injectable laminin-functionalized hydrogel for nucleus pulposus regeneration. Biomaterials, 2013; DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.06.038