Этот биоразлагаемый гель способствует регенерации хряща.

Теперь новое исследование канадских и китайских ученых, опубликованное в журнале “Природа” описывает способ объединения этих свойств в биоразлагаемом геле. «Хрящ устроен сложно», — говорит Хунбинь Ли, ведущий автор и профессор химического факультета Университета. Университет Британской Колумбии (Канада). «Восстановление суставного хряща представляет собой серьезную медицинскую проблему, потому что, естественно, он не восстанавливается сам по себе».

Биоразлагаемые хрящевые имплантаты должны обеспечивать тонкий баланс, поскольку они должны быть одновременно жесткими и прочными, как настоящий хрящ. Механически, когда что-то жесткое, оно сопротивляется изгибу или деформации, но обычно это означает, что оно хрупкое: когда оно сгибается, оно разбивается, как стекло. Когда что-то твердое, оно не ломается, даже когда согнуто. но может быть слишком мягким, чтобы быть полезным в суставе, как желе, или даже мягче, чем настоящий хрящ. Это то, что происходит с современными имплантатами, которые сделаны из белка, создавая несоответствие между тем, что нужно клеткам, и тем, что им предоставляется, объясняет Ли. Это приводит к тому, что хрящ не восстанавливается так хорошо, как мог бы.

В ходе исследования Ли и его команда разработали новый метод повышения жесткости белкового геля без ущерба для его прочности путем физического запутывания цепочек определенного белка, составляющих сеть геля. «Эти запутанные цепи могут двигаться, позволяя рассеивать энергию, например, от удара при прыжке, точно так же, как амортизаторы на велосипедах. Кроме того, мы объединили это с существующим методом сворачивания и разворачивания белков, который также позволяет рассеивать энергию», — объясняет первый автор Линлан Фу.

Полученный гель является сверхпрочным, способным выдержать резку скальпелем, и более жестким, чем другие белковые гидрогели. Его способность сопротивляться сжатию была одной из самых высоких, достигнутых этим типом геля, и выгодно отличалась от настоящего суставного хряща. Кроме того, гель быстро возвращался в исходную форму после сжатия, как настоящий хрящ после прыжка.

Кролики, которым имплантировали гель, показали заметные признаки восстановления суставного хряща через 12 недель после имплантации, при этом не осталось следов гидрогеля и не было отторжения имплантата иммунной системой животных.

Исследователи также наблюдали рост костной ткани, подобный существующей ткани, и регенерированной ткани, близкой к существующему хрящу в группе с гелевыми имплантатами, что намного лучше, чем результаты, полученные в контрольной группе.

Интересно, что более жесткая версия геля работала лучше, чем более мягкая версия, вероятно, потому, что более высокая жесткость лучше совместима с костной и хрящевой тканью и, таким образом, дает физический сигнал организму для эффективной регенерации.

Однако, по мнению исследователей, более плотный гель не работал, вероятно, из-за более медленного распада в организме. «Это демонстрирует сложность этой области исследований и необходимость учитывать множество физических и биохимических факторов при разработке этих каркасов», — говорит соавтор Цин Цзян, профессор и хирург из Нанкинский университет.

Необходимы дополнительные испытания на животных, а исследования на людях все еще преждевременны. Следующие шаги исследователей включают эти тесты, доработка текущего состава геля и добавление дополнительных биохимических сигналов для дальнейшего стимулирования регенерации клеток. «Благодаря совместной оптимизации биохимических и биомеханических сигналов мы увидим в будущем, смогут ли эти новые каркасы давать еще лучшие результаты», — говорит Ли.