Височно-нижнечелюстной сустав (ВНЧС), который образует заднюю часть нижней челюсти и соединяет вашу челюсть с черепом, представляет собой анатомически сложную и высоконагруженную структуру, состоящую из хряща и кости. Около 10 миллионов человек только в Соединенных Штатах страдают дисфункцией ВНЧС из-за врожденных дефектов, травм или болезней.
Современные методы лечения варьируются от инъекций стероидов, которые обеспечивают лишь временное облегчение боли, до хирургических реконструкций с использованием протезов или донорской ткани, которые часто не обеспечивают длительного восстановления. Исследователи искали лучший способ лечения ВНЧС, в том числе исследовали выращенные в лаборатории биологические трансплантаты ВНЧС, которые могли бы интегрироваться с естественными тканями, со временем реконструировать сустав и обеспечивать пожизненное функционирование пациента.
Многопрофильная группа специалистов из Columbia Engineering, Колумбийского колледжа стоматологической медицины и медицинского факультета, Университета штата Луизиана, LaCell LLC и Obatala Sciences создала биоинженерные трансплантаты ВНЧС из хрящевой ткани, точно соответствующие реципиенту, как биологически, так и анатомически. . Их последнее исследование, опубликованное сегодня в журнале Science Translational Medicine , основано на длинном ряде их предыдущих разработок, начатых в 2005 году по биоинженерии функциональных хрящей и костей для регенеративной медицины и тканевых моделей заболеваний.
Авторы использовали мини-свинью Юкатана для разработки своей методологии реконструкции ВНЧС с использованием собственных клеток реципиентов. Команда выделила стволовые клетки из небольшого количества жира, полученного от каждого животного, увеличила количество клеток в культуре, чтобы получить достаточное количество для большого трансплантата, и индуцировала их в хрящевые и костеобразующие клетки. Используя изготовление под визуализацией, исследователи сформировали блок из клинически используемого децеллюляризованного матрикса бычьей кости в точную геометрию восстанавливаемого ВНЧС. Они наполнили этот каркас костеобразующими клетками, вызывая образование хряща путем уплотнения поверхностного слоя конденсированных мезенхимальных клеток толщиной 1 мм. Они построили соответствующую камеру биореактора так, чтобы каркас плотно входил в нее, как рука в перчатке.
Поскольку хрящ и кость образуются в разных условиях окружающей среды, для формирования трансплантатов ВНЧС требовался специализированный биореактор, который обеспечивал раздельную подачу среды для культивирования кости и хряща в две области ткани. Исследователи оптимизировали перфузию питательной среды через кость и поток по поверхности хряща, чтобы удовлетворить совершенно разные потребности в питании и физических сигналах двух тканей. После того, как все эти требовательные условия были выполнены, команда имплантировала индивидуализированные трансплантаты ВНЧС экспериментальным животным на шесть месяцев, чтобы определить способность трансплантатов структурно и функционально заменять нативный сустав.
То, что мы обнаружили в этой новой работе, может изменить ситуацию. Эти трансплантаты имели многослойный вид, похожий на нативный, хорошо интегрировались с окружающими тканями и обеспечивали биологическую и механическую функцию нативного сустава. Мы считаем, что эту методологию можно распространить на биоинженерию других суставов и на создание высокоточных моделей для изучения заболеваний суставов ».
Гордана Вуньяк-Новакович, профессор университета, профессор биомедицинской инженерии и медицинских наук Фонда Микати и профессор стоматологической медицины
Вуньяк-Новакович отметила, что размер и профиль межведомственной исследовательской группы из 18 исследователей, обладающих опытом в области биоинженерии, хирургии, стволовых клеток, визуализации, дизайна биореакторов и математического моделирования, отражают сложность этого трансляционного проекта, на выполнение которого потребовалось четыре года на завершение.
Использование двухпоточного биореактора имело решающее значение для исследования. «Разработка этого единственного в своем роде биореактора сыграла важную роль в формировании композитных хрящево-костных трансплантатов», — говорит Вуньяк-Новакович. «Каждая ткань удерживалась в своей собственной« нише », обеспечивая при этом связь между хрящом и костью посредством диффузионных факторов, как и в нашем теле. Принятие решения о сложной форме ВНЧС было дополнительной трудностью, которую нам нужно было преодолеть с помощью творческих экспериментов и моделирования. исследования »
Ведущие авторы исследования Дэвид Чен и Джозефин Ву, аспиранты биомедицинской инженерии, работающие в лаборатории Вуньяк-Новакович, добавляют: «Наблюдение за эволюцией наших тканевых трансплантатов было невероятно захватывающим. тонкий слой хряща в лаборатории, на первый взгляд после имплантации в зажившую суставную щель, вместе с полностью сформированным многослойным хрящом «.
По совпадению, исследование публикуется в то время, когда epiBone, компания, созданная из лаборатории Вуньяка-Новаковича для разработки линейки продуктов для кости, хряща и композитных костно-хрящевых продуктов, начинает фазу I / II клинического исследования. для оценки костного продукта у пациентов с дефектами целостности нижней челюсти, требующими реконструкции. Это клиническое испытание предназначено для создания живых костных трансплантатов, которые могут стать бесшовной частью тела пациента, на основе той же фундаментальной технологии, что и настоящее исследование.
Исследователи подчеркивают, что необходимо проделать дополнительную работу, прежде чем индивидуализированные трансплантаты ВНЧС могут стать клинической реальностью. Чтобы полностью понять процесс ремоделирования тканей, необходимы исследования в течение более длительных периодов времени. Кроме того, исследователи заинтересованы в расширении своей методологии для изучения разнообразия популяции пациентов и изучения восстановления височно-нижнечелюстного сустава в зависимости от возраста, пола, наличия заболеваний скелета или соответствующих системных состояний.
