Роботизированный сустав, способный имитировать естественные движения человеческого плеча, помог создавать полезные нагрузки для растущей на нем хрящевой ткани.
Технологии тканевой инженерии лишь развиваются, ученые и медики до сих пор ищут способы выращивания из живых клеток сложных трехмерных структур, чтобы когда-нибудь получать новые органы для пересадки. Пока подобные экспериментальные процедуры позволяют получать из клеток пациента лишь сравнительно простые ткани, такие как хрящевая, лишенная внутренней сети сосудов и нервов. Можно вырастить даже трахею, но с хрящами суставов, замена которых столь актуальна для многих больных, проделать это все равно не удается.
В самом деле, для нормального роста хрящевой ткани суставов и сухожилий клетки нуждаются в постоянной и разнообразной нагрузке, растяжении и сгибании. Чтобы обеспечить эти условия, медики давно пытаются использовать автоматику. Специальные устройства на протяжении всего процесса непрерывно то слегка растягивают, то расслабляют растущий в биореакторе образец, но и это не позволяет получить полноценный хрящ, упругий и прочный. Новый подход к этой задаче описан в статье исследователей из Оксфордского университета, опубликованной в журнале Nature Communications Engineering.
Британские ученые решили заменить обычные аппараты для стимуляции растущего хряща более полноценным антропоморфным роботом. Точнее говоря, плечевым суставом, который был разработан для человекоподобного роботизированного скелета инженерами компании Devanthro. Конструкция Roboy распространяется свободно, в рамках открытой лицензии, и ученые во главе с профессором Пьером-Алексисом Мути (Pierre-Alexis Mouthuy) воспроизвели ее в лаборатории, внеся лишь некоторые усовершенствования, чтобы сустав точнее имитировал естественные движения человека.
Кроме того, они создали эластичные биореакторы для выращивания фибробластов, основных клеток хряща и других видов соединительной ткани. Клетки размещаются на упругих пластиковых подложках, растягивающихся между парой твердых блоков. Такой реактор, засеянный клетками, которые непрерывно снабжаются кислородом и питательными веществами, ученые закрепили в искусственном плечевом суставе на 14 суток. Полчаса в день робот «тренировался», производя разнообразные движения, чтобы создавать нужные нагрузки на растущую ткань.
Авторы обнаружили, что клетки в таких условиях растут быстрее, чем в неподвижности, и даже профили генетической активности в них различаются. Пока ученые не провели детальный анализ этих различий и не могут с фактами и цифрами в руках доказать, что выращенные на робосуставе образцы лучше подходят для пересадки, — эту работу они оставили на будущее. Тем не менее в команде профессора Мути считают, что проделали важную демонстрацию принципа, и теперь их коллеги в других лабораториях мира могут совершенствовать метод выращивания тканей в упругих биореакторах, на деталях антропоморфных машин.
Автор: Сергей Васильев