Учёные создали наноматериал, который ускоряет восстановление костной ткани
Исследователи из Сиднейского университета разработали биоразлагаемый наноматериал, способный активировать естественные механизмы восстановления костей. В доклинических экспериментах его применение привело примерно к 80-процентному увеличению образования новой костной ткани по сравнению с контрольной группой. Кроме того, материал способен быстро останавливать кровотечение, что потенциально делает его полезным при лечении сложных повреждений костей.
В основе технологии лежат мезопористые наночастицы из кальций-алюмосиликата. Их структура содержит множество чрезвычайно маленьких пор, благодаря чему материал имеет большую активную поверхность и может взаимодействовать с окружающими тканями.
Главная особенность разработки заключается в том, что наночастицы не содержат искусственно добавленных факторов роста. Вместо этого они помогают организму использовать собственные сигнальные молекулы, необходимые для регенерации тканей.
Исследователи обнаружили, что материал способен активировать трансформирующий фактор роста β1 (TGF-β1). Этот белок играет важную роль в восстановлении тканей, однако в организме значительная его часть находится в неактивной форме. Наночастицы взаимодействуют с латентным комплексом TGF-β1 и способствуют высвобождению его активной формы.
Таким образом, материал фактически запускает уже существующий в организме механизм восстановления, вместо того чтобы доставлять дополнительный фактор роста извне.
В лабораторных экспериментах активированный таким способом TGF-β1 стимулировал процессы, связанные с образованием костной ткани. Исследователи также проверили материал в доклинической модели повреждения кости.
Через восемь недель в области дефекта у животных, получивших новый материал, сформировалось примерно на 80% больше новой костной ткани, чем в контрольной группе. Авторы считают, что это демонстрирует потенциал технологии для восстановления крупных костных дефектов, которые организму сложно заживить самостоятельно.
У наноматериала обнаружилась ещё одна потенциально полезная особенность — способность быстро останавливать кровотечение. При контакте с кровью наночастицы способствовали образованию сгустка примерно за 30 секунд. Для хирургического материала сочетание гемостатических и регенеративных свойств может быть особенно важным, поскольку повреждения костей часто сопровождаются кровотечением.
При этом наночастицы постепенно разлагаются, поэтому после выполнения своей функции материал потенциально не потребуется удалять из организма хирургическим путём.
Авторы рассматривают разработку как возможную основу для материалов, используемых при сложных переломах, крупных костных дефектах и ортопедических операциях. Один из потенциальных вариантов применения — создание имплантируемых материалов, которые одновременно заполняют повреждённую область, останавливают кровотечение и стимулируют образование собственной костной ткани пациента.
Однако до применения технологии в клинике ещё далеко. Увеличение образования костной ткани примерно на 80% было получено в доклинической модели, а не в испытаниях на людях. Исследователям предстоит дополнительно изучить безопасность материала, его поведение в организме в течение длительного времени и эффективность при различных типах повреждений.
Если результаты подтвердятся в дальнейших исследованиях, подобные наноматериалы могут предложить новый подход к регенеративной медицине: вместо доставки больших доз внешних факторов роста они будут активировать молекулы, уже присутствующие в организме.
Исследование в журнале ACS Nano.