Биореакторное устройство помогает в регенерации конечности

Просмотров: 31

Опубликовано 08.11.2018, 17:21 (мск) Хусаинов Руслан Халилович в Биология, Новости

Очень плохая статьяПлохая статьяТак себе статьяХорошая статьяОтличная статья (2 баллов, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...

Группа ученых разработала устройство, которое помогает индуцировать частичную регенерацию задней конечности у взрослых особей гладких шпорцевых лягушек (Xenopus laevis) путем «пускового» восстановления ткани на участке ампутации. Их результаты опубликованы в научном журнале Cell Reports и вводят новую модель для тестирования «электролечения» или клеточных стимуляторов.

Разработка устройства для регенерации

«В лучшем случае у взрослых лягушек при ампутации конечности обычно вырастает только малозаметный тонкий хрящевой отросток», — говорит автор исследования Майкл Левин (Michael Levin), сотрудник Алленского центра Дискавери в Университете Тафтса (Allen Discovery Center at Tufts University). «Наша процедура вызвала регенеративный ответ, которого у них обычно никогда не было, что привело к появлению более крупных структурированных придатков. Устройство биореактора вызвало очень сложные последующие процессы, которыми биоинженеры еще не могут управлять напрямую».

Материалы и методы обследования

Ученые с помощью 3D-принтера напечатали биореактор из кремния и наполнили его гидрогелем — упругие шарики из полимеров. Исследователи залили гидрогель гидратирующими белками шелка, которые способствуют восстановлению и регенерации, затем добавили прогестерон. Прогестерон наиболее известен своей ролью в подготовке матки к беременности, но гормон также показал, что он способствует восстановлению нервной ткани, кровеносного сосуда и костной ткани.

Исследователи разделили лягушек на три группы: экспериментальные, контрольные и фиктивные. В экспериментальной и фиктивной группе ученые вшивали устройство к лягушке сразу после ампутации конечности. В экспериментальной группе биореактор высвободил прогестерон на участок ампутации. Во всех случаях они удаляли устройства через 24 часа.

Результаты научной работы

Когда ученые наблюдали за экспериментальной группой лягушек в разные моменты времени в течении 9,5 месяцев, они заметили, что биореактор, похоже, вызывает определенную степень регенерации конечностей, не наблюдаемую в других группах. Вместо типичного слаборазвитого отростка биореактор приводил к образованию почти сформированной конечности, чего не смогла бы создать природная регенерация.

«Устройство биореактора создало благоприятную среду для раны, где ткань могла восстанавливаться, как это было во время эмбриогенеза», — говорит Левин. «Знаменательно, что очень краткое применение биореактора и его полезной нагрузки вызвало рост и формирование тканей на протяжении нескольких месяцев».

Левин с соавторами исследования более подробно изучили регенерированные структуры с использованием молекулярных и гистологических анализов. Они увидели, что в отличие от контрольных и фиктивных групп регенерирующие конечности лягушек, обработанные биореакторами, были более толстыми с более развитыми костями, иннервацией и васкуляризацией. Анализируя видеозапись лягушек, живущих в своих аквариумах, они также заметили, что лягушки могут плавать дольше, чем лягушки без нижней конечности. Секвенирование РНК и анализ транскриптомов показали, что биореактор изменил экспрессию генов в клетках на участке ампутации. Это гены, участвующие в окислительном стрессе, серотонинергической передаче сигналов и активности лейкоцитов.

«То, что мы демонстрируем с помощью этого подхода, говорит, что, возможно, репродукция, обработка в мозге и регенерация ближе, чем мы думаем. Возможно, они разделяют пути и элементы общего — и до сих пор не полностью понятого — биоэлектрического кода».

Лаборатория Левина будет продолжать нацеливать биоэлектрические процессы для индукции регенерации спинного мозга и перепрограммирования опухолей. Они также надеются повторить эксперимент с биореакторами у млекопитающих. Предыдущие исследования показывают, что мыши могут частично регенерировать ампутированные кончики пальцев в правильных условиях, но их жизнь на суше препятствует этому процессу.

Выводы

Левин планирует добавить к устройству датчики для дистанционного мониторинга и оптогенетической стимуляции, которые, как он надеется, улучшат контроль над клетками после травмы.

Авторы другого исследования утверждают, что ученые разработали гидрогель, способный восстанавливать мышцы.

Больше интересного и полезного на нашем канале «Medical Insider» в Яндекс.Дзен

Хусаинов Руслан Халилович (3004 Статей)
Должность - Координатор проекта. E-mail для связи - [email protected] Врач - ультразвуковой диагностики, детский травматолог-ортопед г. Санкт-Петербург.