Травмы костей лица и черепа, известные как черепно-челюстно-лицевые дефекты, могут быть вызваны спортивными травмами, дорожно-транспортными происшествиями или травмами на поле боя. Исправить такие дефекты сложно, потому что разные типы клеток должны взаимодействовать друг с другом. В новом исследовании исследователи изучают типы материалов, используемых при реконструкции, чтобы определить, какой из них работает лучше всего.
Ежегодно в мире проводится более 2 миллионов операций по пересадке костной ткани. Костные дефекты CMF обычно имеют неправильную форму, поэтому их часто восстанавливают с помощью регенеративных биоматериалов. Harley Lab разрабатывает биоматериалы коллагенового каркаса, содержащие компоненты, обнаруженные в костях, такие как ионы кальция и фосфата, и соединения сахара, называемые гликозаминогликанами (ГАГ).
«Наша лаборатория специализируется на разработке разлагаемых биоматериалов, также известных как каркасы, для восстановления костей и тканей», - сказал Василики Коллиопулос, аспирант лаборатории Harley. «В костной среде есть много типов клеток, которые способствуют заживлению, включая стволовые клетки, которые образуют кость, и моноциты, которые помогают с иммунным ответом . В этом исследовании изучалось, как материал каркаса влияет на комбинированное поведение этих различных клеток».
Исследователи адаптировали биоматериал коллагена, чтобы включить один из трех различных типов ГАГ, обнаруженных в микросреде костной ткани: хондроитин-4-сульфат, хондроитин-6-сульфат и гепарин. Затем они исследовали, как эти ГАГ влияют на процессы, важные для регенерации костей, такие как активность стволовых клеток, активация иммунных клеток и активность эндотелиальных клеток, что важно для образования новых кровеносных сосудов.
Для этого к каркасу добавляли стволовые клетки и собирали окружающий раствор или среду на срок до 21 дня. Стволовые клетки - это мощные фабрики молекул, которые могут влиять на другие клетки в раневой среде. После сбора кондиционированные среды добавляли к культурам эндотелиальных клеток, обнаруженных в кровеносных сосудах. «Для регенерации костей требуется рост кровеносных сосудов, и не многие люди смотрели на то, как материалы каркаса влияют на эндотелиальные клетки и как они могут улучшить восстановление костей», - сказал Марли Дьюи, бывший аспирант лаборатории Харли.
Исследователи отслеживали рост эндотелиальных клеток в течение 6-12 часов. «Хотя известно, что гепарин напрямую влияет на формирование кровеносных сосудов, к нашему удивлению, мы увидели, что среда, генерируемая стволовыми клетками в хондроитин-6-сульфатных каркасах, приводит к наибольшему развитию кровеносных сосудов по сравнению с двумя другими каркасами», - сказал Коллиопулос. .
Кондиционированные среды также были изучены для определения типов молекул, известных как растворимые факторы, которые способствуют развитию кровеносных сосудов и костей. Наконец, исследователи добавили кондиционированную среду к моноцитам и отслеживали их рост в течение 21 дня, чтобы измерить типы иммунных клеток, в которые они превратились. Они обнаружили, что типы и количество растворимых факторов были разными для каждого типа каркаса, а среда с хондроитин-6-сульфатом продуцировала наибольшее количество иммунных клеток, которые помогают во время воспалительной реакции.
Исследователи планируют продолжить изучение реакции иммунных клеток. «Стволовые клетки могут сигнализировать моноцитам, когда ваше тело бьет тревогу о том, что что-то не так. Поэтому мы хотим увидеть, будут ли стволовые клетки, выросшие в каркасах в воспалительной среде, выделять другой коктейль растворимых факторов», - сказал Коллиопулос. .
«Эти результаты показывают, что растворимые факторы играют важную роль в этих многоклеточных системах», - сказал Коллиопулос. «Мы показали, что существуют различия в ответах клеток в зависимости от того, какой материал используется, и важно понимать эти взаимодействия, прежде чем переходить к более сложным экспериментам».
Неясно, какой аспект материала каркаса влияет на различия в факторах роста и росте клеток - проблему, которую лаборатория Harley планирует решить в ближайшее время. «После того, как мы определим, как каркасы влияют на клетки , мы хотим объединить различные типы клеток, чтобы увидеть, что происходит», - сказал Коллиопулос. «Мы пытаемся разработать биоматериалы, которые будут использоваться хирургами для восстановления костных дефектов. Важно понимать, что эти материалы делают с несколькими типами клеток».
Май Нго, третий автор статьи, помог понять развитие кровеносных сосудов. Статья «Содержание гликозаминогликанов в минерализованном коллагеновом каркасе способствует секреции мезенхимальными стволовыми клетками факторов, модулирующих ангиогенез и дифференцировку моноцитов», была опубликована в Materialia .
