Ученые нашли способ вырастить хрящ с помощью электричества

Графен, электрические импульсы и 3D-печать соединились в новой технологии, которая может изменить подход к лечению остеоартрита.

Использование электрической стимуляции через 3D-графеновую пену позволяет эффективно управлять ростом и формированием хрящевой ткани, открывая новые перспективы в лечении остеоартрита

Источник: Unsplash

Исследование, представленное в журнале Applied Materials and Interfaces, провели ученые из Университета штата Бойсе, США. Они разработали инновационную платформу, которая помогает клеткам формировать хрящ, используя проводящий материал — графеновую пену. Эта пористая структура из углерода, совместимая с живыми тканями, стала основой для создания лабораторного хряща.

Исследователи использовали 3D-печатные биореакторы, оснащенные электрическими входами, чтобы подавать короткие импульсы на клетки. Такая электростимуляция активировала рост клеток ATDC5 — это мышиные предшественники хондроцитов, клеток хряща. Было показано, что под воздействием тока клетки лучше прикрепляются к каркасу и усиливают свои механические свойства, такие как упругость и прочность.

На иллюстрации показан процесс создания биоматериала из пористого 3D-каркаса. Электрические импульсы взаимодействуют с каркасом, стимулируя рост клеток, которые постепенно интегрируются в структуру

Источник: Applied Materials and Interfaces

Полное погружение 3D-графеновой пены в питательную среду улучшило встраивание клеток в материал. Это подчеркивает потенциал использования электрических сигналов и проводящих биоматериалов для улучшения качества тканевой инженерии — области науки, в которой создаются заменители поврежденных тканей.

Ключевым преимуществом новой установки стала возможность точно контролировать условия стимуляции. Как пояснил Монет Сойер, ведущий автор, система позволяет соотносить параметры электрической среды с реакцией клеток, что делает ее модульной и пригодной для масштабирования. Это может помочь в разработке будущих методов лечения и исследовании роли электрических сигналов в организме.

Электрические сигналы как язык общения между материалом и живыми клетками, задающие ритм и направление роста новой ткани

Источник: Unsplash

Остеоартрит — одна из самых распространенных причин инвалидности в мире. Сегодня им страдают более 595 миллионов человек. Экономические потери от заболевания составляют сотни миллиардов долларов в год. В США ежегодно проводится более миллиона операций по замене суставов. Поэтому поиск альтернатив, основанных на регенерации тканей, имеет особую ценность.

Профессор Дэвид Эстрада, участвующий в проекте, отмечает, что исследование открывает путь к изучению электробиома человека — влияния электрических процессов на поведение клеток и формирование тканей.

Пока ученые работают над улучшением тканей с помощью электрической стимуляции, в другой сфере биомедицины появилась революционная разработка — электронный пластырь, который доставляет лекарства прямо к пораженным органам, обходя кровоток. Об этом вы можете узнать подробнее в следующей статье.