Биоразлагаемый «нанокость» помогает восстановить челюстную кость

Детям с расщелиной губы и нёба часто приходится ждать до 10–12 лет, прежде чем им проведут инвазивную операцию по пересадке кости для закрытия дефекта челюсти. Исследователи из Сиднейского университета предложили альтернативу — биоразлагаемый материал, получивший неофициальное название «нанокость», который побуждает организм использовать собственные механизмы исцеления для восстановления кости.

В перспективе учёные надеются, что такая технология позволит начать лечение в детском возрасте и сократить необходимость длительного ожидания костной пластики.

Результаты опубликованы в ACS Nano и были получены исследователями Школы стоматологии Сиднейского университета, Центра Чарльза Перкинса и Sydney Nano в сотрудничестве с Университетом Квинсленда . Исследование в доклинической модели показало, что материал формировал примерно на 80 процентов больше новой кости по сравнению с контрольным материалом через восемь недель. Он также активировал ключевой фактор роста, достигая уровней примерно в 10 раз выше, чем при использовании традиционных подходов.

Материал запускает скрытые сигналы восстановления в организме, начиная каскад реакций, которые привлекают костеобразующие стволовые клетки и стимулируют образование новой кости.

Доцент Чунь Сюй, ведущий научный сотрудник и исследователь инициативы Sydney Horizon на факультете медицины и здравоохранения, пояснил контекст задачи.

Расщелина губы и нёба — врождённый дефект, который встречается примерно у 1 из 700 детей; он возникает, когда части верхней губы или нёба не полностью срастаются во время беременности. Исправление костных дефектов челюсти — один из самых сложных этапов лечения и может оказывать долговременное влияние на речь и самооценку ребёнка.

«Одна из самых больших проблем для детей, рожденных с расщелиной губы и нёба, — это восстановление костного дефекта челюсти», — сказал доцент Сюй.

«Хотя некоторые дети с незначительными дефектами получают лечение в младенчестве, многим приходится ждать, пока им исполнится 10–12 лет, прежде чем хирурги смогут взять кость из другой части тела и пересадить её в дефект.

Это означает, что многие дети годами живут с ограничениями, которые затрагивают дыхание, питание и речь, а также могут серьёзно влиять на их уверенность в себе и социальное развитие».

«Наша долгосрочная цель — создать материалы, которые помогут организму естественным образом регенерировать кость и снизят необходимость в инвазивных и болезненных процедурах. Мы надеемся, что это позволит начать лечение гораздо раньше, чем это возможно сегодня», — добавил он.

По сути, учёные стремятся «научить» организм исцелять себя.

Ежегодно во всём мире выполняется более четырёх миллионов процедур по восстановлению костей; современные подходы обычно предполагают трансплантацию аутологичной кости или использование материалов животного происхождения, которые в основном служат структурной опорой.

Новый материал — кальциево-алюмосиликатный наноматериал — действует иначе: вместо введения искусственных факторов роста он активирует уже присутствующий в организме латентный трансформирующий фактор роста β1 (TGF-β1). После активации этот фактор привлекает костеобразующие стволовые клетки на место повреждения и стимулирует их превращение в клетки, вырабатывающие костную ткань; со временем собственная ткань заменяет материал.

Материал также способствует остановке кровотечения примерно за 30 секунд, что помогает стабилизировать рану на ранних этапах заживления.

«В нашем теле уже есть множество сигналов, необходимых для восстановления тканей», — отметил доцент Сюй.

«Мы разработали материал, который может активировать эти сигналы в нужном месте и в нужное время. Вместо того чтобы вводить внешние факторы роста, мы побуждаем организм использовать собственный потенциал исцеления».

В исследовании демонстрируется единая платформа наноматериала, сочетающая быструю гемостазу, активацию скрытых факторов роста, привлечение костеобразующих стволовых клеток и усиленную регенерацию кости.

Хотя технология находится на доклинической стадии и прежде чем начнутся клинические испытания на людях потребуются дополнительные исследования, авторы считают, что она может применяться не только при расщелине губы и нёба, но и при травмах, потере зубов и других трудно поддающихся восстановлению костных дефектах.

Команда доцента Сюй также изучает возможности использования материала в персонализированных 3D-печатных каркасах, адаптированных к конкретному дефекту каждого пациента.

«Каждый пациент и каждый дефект кости индивидуальны», — подчеркнул он.

«В будущем мы надеемся сочетать эти материалы с передовыми технологиями 3D‑печати, чтобы лечение можно было адаптировать под конкретные потребности пациента».

Исследование демонстрирует перспективный подход к восстановлению кости, который опирается на внутренние ресурсы организма и может в будущем уменьшить зависимость от традиционных трансплантаций и материалов животного происхождения.