Как внеклеточный матрикс (ВКМ) может помочь в восстановлении сухожилий: "исследование на ахилловом сухожилии"
(ps – к сожалению из-за того что
поисковики нацелены на рекламу, найти источник про успешные методы на
крестообразных связках не удалось, хотя есть выпуск по дискавери, но поисковики
выдают исключительно клиники и рекламу, будет небольшой комментарий по
крестообразным связкам в конце)
Ахиллово сухожилие — одна из самых крупных и важных
соединительных тканей нашего тела, обеспечивающая стабильность и нормальное
движение голеностопного сустава. Но, как и другие сухожилия, ахиллово сухожилие
страдает от ограниченной способности к самовосстановлению из-за недостаточного
кровоснабжения. Разрыв или повреждение сухожилия может привести к значительным
ограничениям подвижности, а традиционные методы лечения не всегда приводят к
полному восстановлению.
Внеклеточный матрикс (ВКМ) — это сеть белков и полисахаридов, окружающая клетки в тканях. Он служит каркасом для клеток, поддерживает их структуру и обеспечивает передачу
сигналов, необходимых для роста, восстановления и взаимодействия клеток. ВКМ
играет ключевую роль в регенерации тканей, обеспечивая среду для миграции
клеток и стимулируя их к восстановлению повреждённых участков.
Если проще - это многокомпонентная субстанция, в которую погружены все клетки нашего
организма.
Чтобы улучшить регенерацию сухожилий, учёные провели эксперимент с использованием внеклеточного матрикса (ВКМ) — биологического каркаса, способного поддерживать рост
и дифференциацию клеток. В данном исследовании ВКМ был получен из хвостовых
сухожилий крыс, обработанных специальными методами для обеспечения безопасности
и биосовместимости.
Методология работы с ВКМ включает несколько этапов, таких как многоразовая
заморозка и оттаивание, а также использование стволовых клеток. Всё это
направлено на создание идеальных условий для восстановления повреждённого
сухожилия и возвращения утраченных функций.
Изображение
1: Подготовка внеклеточного матрикса для восстановления сухожилий.
A: Сухожилие перед обработкой.
B: Сухожилие после процесса деклетеризации.
C: Полученный ВКМ после высушивания и заморозки.
D–E: Гистологические изображения до и после удаления клеток, демонстрирующие структуру матрикса (окрашиваниеHE).
F–G: Флуоресцентное окрашивание DAPI, показывающее уменьшение количества ядерных остатков после деклетеризации.
H: Показатель содержания α-gal до и после деклетеризации, свидетельствующий о снижении иммуногенности материала.
I: Результаты биосовместимости, демонстрирующие хорошую поддержку роста клеток на матриксе.
Часть 2 — Методология исследования
Во второй части мы расскажем о том, как был создан внеклеточный матрикс (ВКМ) и как
учёные использовали его для регенерации сухожилий с применением стволовых
клеток.
"Как создаётся внеклеточный матрикс для восстановления сухожилий"
Для создания внеклеточного матрикса (ВКМ) учёные использовали сухожилия хвостов
крыс. Этот процесс включал несколько этапов обработки тканей, направленных на
удаление клеточного материала при сохранении структурной целостности матрикса.
Ткань многократно замораживали и оттаивали, а также проводили специальные
обработки, чтобы гарантировать безопасность и биосовместимость материала.
После создания ВКМ его объединили с жировыми стволовыми клетками, полученными из
жировой ткани. Эти клетки, благодаря своим регенеративным свойствам, обладают
потенциалом превращаться в клетки сухожилий и других соединительных тканей.
Таким образом, ВКМ не только служил каркасом, но и создавал оптимальные условия
для роста и дифференциации стволовых клеток.
Методы включали:
Деклетеризацию ткани, чтобы снизить её иммуногенность и избежать отторжения.
Комбинирование ВКМ со стволовыми клетками, что помогло создать активную микро-тканевую конструкцию для восстановления сухожилий.
Изображение
2: Детали процесса создания и проверки внеклеточного матрикса с использованием жировых
стволовых клеток.
A–B: Микрофотографии жировых стволовых клеток, выращенных на внеклеточном матриксе, показывают процесс роста клеток.
C–E: Гистологические окрашивания, демонстрирующие клеточную активность и накопление внеклеточного матрикса.
F: Графики, представляющие
маркеры CD29, CD71, CD34 и CD45, которые используются для идентификации и
подтверждения типов клеток. Высокие уровни CD29 и CD71 указывают на
присутствие жировых стволовых клеток, тогда как низкие уровни CD34 и CD45
подтверждают отсутствие других клеточных типов.
G: Флуоресцентные изображения показывают, как клетки взаимодействуют с матриксом, подчеркивая биосовместимость и эффективность процесса.
Часть 3 — Основные результаты и выводы
В третьей части мы рассмотрим ключевые результаты исследования, которые показывают
эффективность внеклеточного матрикса (ВКМ) в регенерации сухожилий.
"Результаты применения внеклеточного матрикса для восстановления
сухожилий"
Результаты исследования показывают, что внеклеточный матрикс (ВКМ) не только
способствует росту жировых стволовых клеток, но и активно поддерживает процесс
регенерации сухожилий. После введения ВКМ с клетками наблюдалось значительное
улучшение структурных и функциональных характеристик ахиллова сухожилия.
Основные результаты:
Улучшение прочности тканей: Исследование
продемонстрировало, что трансплантация ВКМ способствует формированию
прочной и функционально активной ткани, что повышает устойчивость
сухожилия.
Стимуляция роста клеток: Использование ВКМ с жировыми
стволовыми клетками показало, что клетки активно размножаются и заполняют
область повреждения, создавая новую ткань.
Снижение воспаления: ВКМ поддерживает естественные
процессы восстановления и снижает воспалительные реакции, что способствует
более быстрому заживлению и возвращению функциональности.
Изображение
3: Результаты
исследования эффективности внеклеточного матрикса и его сочетания с клетками в
процессе регенерации.
A: Изображение визуализации регенеративной активности, показывающее распределение и интенсивность клеточной активности в разных участках (цветовая шкала указывает на
уровень активности).
B-F: Графики, отражающие относительные уровни экспрессии различных маркеров:
B и C — Коллаген I и Коллаген III,
маркеры, указывающие на восстановление прочности и эластичности ткани.
Самый высокий уровень наблюдается в группе "Micro-tissue
group", что подтверждает эффективность ВКМ в сочетании с клетками.
D — Фибронектин (FBN), важный компонент внеклеточного матрикса, который поддерживает структуру ткани.
E — VEGF (сосудистый эндотелиальный фактор роста), маркер васкуляризации. Регенерация с ВКМ показала высокие уровни VEGF, что способствует улучшению кровоснабжения.
F — TNMD (теномодулин), маркер, связанный с формированием здоровой сухожильной ткани. Наиболее высокая экспрессия TNMD также наблюдается в группе "Micro-tissue group".
Эти результаты подтверждают, что использование внеклеточного матрикса с клетками
способствует ускоренному и качественному восстановлению тканей по сравнению с
другими группами.
Заключительная часть — Итоги и перспективы
исследования
В заключительной части мы подведем итоги исследования и обсудим возможные
перспективы применения внеклеточного матрикса в медицине для восстановления
сухожилий и других соединительных тканей.
"Перспективы использования внеклеточного матрикса в регенеративной медицине"
Исследование подтвердило, что внеклеточный матрикс (ВКМ) в сочетании с жировыми
стволовыми клетками значительно улучшает регенерацию сухожилий. Использование
ВКМ позволяет создать биоактивный каркас, способствующий росту клеток и
поддерживающий формирование новой ткани, что помогает восстановить структуру и
функции повреждённого сухожилия.
Комментарий к изображению:
Это изображение представляет гистологические срезы тканей и результаты
оценки структурных изменений в ахилловом сухожилии через 4 и 8 недель после
лечения с использованием различных подходов.
A-D (4W HE) и E-H (8W HE): Гистологические срезы, окрашенные гематоксилин-эозином (HE),
показывают микроструктуру сухожильных тканей в разных экспериментальных группах
через 4 недели и 8 недель. Эти изображения позволяют оценить степень
регенерации и структурную целостность ткани. Группа с "Micro-tissue"
(D и H) демонстрирует более выраженное уплотнение тканей, что указывает на
активное восстановление.
I-L (4W Masson) и M-P (8W Masson): Гистологические срезы, окрашенные методом Масона,
показывают коллагеновые волокна в тканях сухожилий. Этот метод окрашивания
позволяет более точно визуализировать фиброзные компоненты и оценить
структурные изменения. Группа "Micro-tissue" (L и P) демонстрирует более
организованную структуру коллагеновых волокон, что свидетельствует о
качественном восстановлении.
Q (Гистологический балл):
График, демонстрирующий гистологические оценки для каждой группы через 4 и 8
недель. Баллы гистологической оценки показывают значительное улучшение в группе
"Micro-tissue" по сравнению с другими группами, что указывает на
более высокую степень регенерации тканей.
Эти результаты подтверждают, что использование внеклеточного матрикса с
жировыми стволовыми клетками способствует улучшению структуры и прочности
ткани, что делает этот метод перспективным для регенерации сухожилий.
Основные выводы исследования:
Эффективное восстановление ткани:
Экспериментальные группы, получившие ВКМ и стволовые клетки,
продемонстрировали значительное улучшение по сравнению с контрольной группой.
Снижение воспаления: ВКМ способствует уменьшению воспалительных реакций и ускоряет заживление.
Улучшение прочности и структуры сухожилия:
Гистологические и ультразвуковые данные показывают, что регенерированная
ткань обладает хорошей структурой и функциональностью.
Эти результаты показывают огромный потенциал ВКМ для использования в регенеративной
медицине. В будущем эта технология может стать основой для создания более
эффективных и безопасных методов лечения повреждений соединительных тканей.
Комментарий к изображению:
Это изображение демонстрирует общие характеристики тканей и результаты
ультразвукового исследования ахиллова сухожилия через 4 и 8 недель после
применения различных методов лечения.
Фотографии слева: Визуальные характеристики ахиллова сухожилия в каждой группе через 4 и 8 недель. Это позволяет оценить внешний вид и целостность сухожильной ткани.
A-H (УЗИ): Ультразвуковые изображения сухожилий через 4 недели (A, C, E, G) и 8 недель (B, D, F, H) после лечения. Стрелки указывают на области регенерации ткани. Группа
"Micro-tissue group" (G и H) показывает наилучшие результаты с более
плотной и однородной структурой ткани, что свидетельствует о качественном
восстановлении по сравнению с другими группами.
Эти результаты подтверждают, что метод с использованием внеклеточного
матрикса и жировых стволовых клеток (Micro-tissue group) способствует улучшению
структуры и плотности регенерированной ткани, что делает его более эффективным
в сравнении с другими методами.
Применение ВКМ для восстановления крестообразных связок
ВКМ создаёт структуру, которая имитирует естественный каркас связок, поддерживая рост и
дифференциацию клеток. Это особенно важно для восстановления ПКС, поскольку ВКМ
не только поддерживает рост клеток, но и стимулирует их к образованию тканей,
схожих по структуре и функциям с исходной связкой. В рамках исследований ВКМ
используется в сочетании с:
Стволовыми клетками: Чаще всего это мезенхимальные
стволовые клетки (МСК), которые могут дифференцироваться в клетки
связочной ткани. Их вводят в повреждённую область вместе с ВКМ, где они
заполняют структуру матрикса и способствуют восстановлению связки.
Факторами роста: ВКМ иногда обогащается
факторами роста, такими как TGF-β (трансформирующий фактор роста бета) и
VEGF (сосудистый эндотелиальный фактор роста), которые дополнительно
стимулируют рост тканей и улучшают васкуляризацию, что необходимо для
заживления связок.
Текущие исследования и их результаты
Животные модели: В ряде исследований методика
ВКМ тестируется на животных моделях, таких как свиньи и кролики, у которых
структура и функции крестообразных связок сходны с человеческими. В этих
экспериментах повреждённые ПКС восстанавливаются с помощью ВКМ и стволовых
клеток, что приводит к улучшению прочности связки и её способности
выдерживать нагрузки. По результатам таких исследований видно, что через
несколько месяцев после операции восстановленная ткань становится более
прочной и эластичной.
Клинические испытания: Некоторые клинические
исследования уже начаты в Европе, в частности в Германии и Швейцарии. Эти
испытания направлены на проверку эффективности ВКМ для восстановления
крестообразных связок у пациентов, перенёсших травмы колена. Пациенты
проходят регулярное наблюдение, включая МРТ и ультразвуковые исследования,
для оценки состояния восстановленных связок. Предварительные результаты
показывают, что у многих пациентов наблюдается улучшение подвижности и
снижение болевого синдрома.
Биопечать и кастомизация ВКМ: В новейших исследованиях
учёные работают над созданием персонализированных ВКМ с использованием
3D-биопечати. Это позволяет подгонять структуру матрикса под
индивидуальные особенности пациента, что повышает эффективность
восстановления связок. Например, в Германии Fraunhofer Institute
разрабатывает био-чернила, содержащие клетки и гидрогели, которые можно
использовать для печати структур, точно повторяющих анатомию связки.
Преимущества и перспективы
Использование ВКМ для восстановления крестообразных связок колена имеет несколько важных преимуществ:
Улучшение заживления: ВКМ создаёт подходящую среду
для роста клеток и поддерживает процесс регенерации, что приводит к более
прочному и функциональному восстановлению связки.
Снижение воспаления: Биоматериал ВКМ обладает низкой иммуногенностью, что снижает риск воспаления и отторжения.
Поддержание естественной структуры: В отличие от синтетических имплантов, ВКМ со стволовыми клетками может формировать ткани, похожие на натуральные связки.
Текущие ограничения
Несмотря на перспективность метода, всё ещё существуют некоторые ограничения, которые
учёные пытаются преодолеть:
Необходимость точного контроля за интеграцией клеток и их дифференциацией в ткани связок.
Длительный период заживления, поскольку регенерация связок занимает больше времени, чем у мышц или кожи.
Ограниченная доступность методов в клинической практике, так как требуются специализированные лаборатории и оборудование.
Заключение
Исследования на крестообразных связках колена с использованием ВКМ дают обнадёживающие результаты, и, вероятно, в ближайшие годы этот метод может стать стандартом для восстановления сложных повреждений связок. Широкое применение этой технологии, особенно в сочетании с персонализированной биопечатью, имеет потенциал для
значительного улучшения качества жизни пациентов, избавляя их от необходимости
полного протезирования или долгосрочного восстановления после традиционных операций.
