Космическая кость: проведена операция по вживлению уникального фрагмента черепа крысе

кости для больных с серьезными травмами в будущем будут, возможно, выращивать на орбите. Российские ученые впервые в мире синтезировали трехмерные аналоги костной ткани на борту российского сегмента МКС и испытали их на лабораторных крысах. О том, как прошла операция, чем отличаются космические кости от земных аналогов, – в материале «МК».

Схема космического эксперимента. Источник: пресс-служба ИМЕТ ран.

тестовый баннер под заглавное изображение

Полный или частичный перелом – весьма распространенное <span class="wp-tooltip" title="заболевание — это возникающие в ответ на действие патогенных факторов нарушения нормальной жизнедеятельности, которое исчисляется сотнями тысяч случаев в год. При легком переломе человеческие кости восстанавливаются сами за счет клеток остеобластов. Однако, при повреждениях костей, вызванных тяжелой травмой, организм бывает не в состоянии регенерировать утраченную костную строением и выполняемыми функциями»>ткань, и ее заменяют трансплантатами. Они бывают натуральными (из костного блока самого пациента) или искусственными.

Искусственные заменители костей давно выращивают в земных условиях, но ученые решили попробовать вырастить костную <span class="wp-tooltip" title="мед. система клеток и межклеточного вещества в космосе – в условиях невесомости. Ведь обеспечение самодостаточности, автономности длительной космической миссии, к примеру, на Марс, является основной задачей для ученых. Пока не будут решены все проблемы, из-за которых миссия может быть прервана в любой момент ради спасения жизни космонавтов, полеты к другим мирам невозможны. 3D-Производство биомедицинских материалов и устройств может стать решением этой проблемы.

Графическая аннотация, созданная нейронной сетью после прочтения ею научного труда российских ученых. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10

несколько лет назад «печать» органов и тканей стала возможна благодаря появлению так называемого магнитного биоассемблера (или биопринтера) — устройства, в котором молекулы собираются в полноценную объединённых общим происхождением под действием магнитных полей. Этот прибор был доставлен на российский сегмент МКС.

Как сообщили в РНФ, в эксперименте, проведенном на борту Международной космической станции, а затем – на Земле, участвовали специалисты Института металлургии и материаловедения имени А.А.Байкова ран, МГУ и ПМГМУ им. Сеченова и ряда других научных центров.

В качестве материала для будущей кости, который был отправлен на космическую станцию, был использован внеклеточный матрикс, который представляет собой композит, в основном состоящий из фосфата кальция, белков коллагена и воды. Фосфат кальция был выбран за то, что по своему химическому составу он очень близок к неорганическому компоненту кости.

Спустя двое суток после того, как компоненты поместили в биопринтер, в нем под действием магнитных полей сформировался пятимиллиметровый 3D-аналог костной ткани.

На Земле в то же время проводился контрольный <span class="wp-tooltip" title="Исследовательская стратегия Характеризуется тем что в нем осуществляется целенаправленное наблюдение за каким-либо процессом в условиях регламентированного изменения отдельных характеристик условий его протекания При этом п — в аналогичном магнитном биоассамблере ученые выращивали то же самое. Лишь одно условие отличалось в нем от космического – присутствовала земная гравитация.

Космические эксперименты с магнитным биопринтером проводят космонавты Алексей Овчинин и Александр Скворцов. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10

Получив в итоге два разных «по происхождению» образца, ученые смогли сравнить их свойства. Выяснилось, что условия микрогравитации положительно повлияли на свойства материала: образцы с МКС, по сравнению с земными, имели более упорядоченную кристаллическую структуру. Благодаря отсутствию гравитации, кристаллы на основе фосфата кальция росли в космосе с абсолютно одинаковой скоростью во всех направлениях. Исследователи предположили, что такая строгая структура может способствовать лучшему «прилипанию» живых клеток, то есть, быстрее восстанавливать естественную костную строением и выполняемыми функциями»>ткань.

До последнего времени существовало лишь несколько новых биоматериалов, которые были испытаны в космосе, но ни один из них не был проверен в медицинских экспериментах. В данной работе российские ученые доказали, что синтетические конструкции костных трансплантатов, выращенные на борту МКС, способны функционировать в качестве материалов в доклинических (то есть, на животных) испытаниях на Земле.

Александр Скворцов. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10

<span class="wp-tooltip" title="Исследовательская стратегия Характеризуется тем что в нем осуществляется целенаправленное наблюдение за каким-либо процессом в условиях регламентированного изменения отдельных характеристик условий его протекания При этом п, который проводился на лабораторных крысах, показал, что ученые не ошиблись: «космические» материалы, действительно, активнее земных аналогов стали стимулировать восстановление поврежденной ткани.

Испытания образцов проводились следующим образом. Ученые отобрали для работы 60 особей крыс-самцов с дефектами черепа (у них были вырезаны фрагменты кости на теменной области) и ввели в места повреждения образцы выращенной в 3D-биопринтере костной ткани. После этого исследователи раз в месяц отслеживали скорость приживления этих образцов. Первый результат проявился спустя три месяца – образцы с МКС и те, что были синтезированы на Земле, начали обрастать клетками новой костной ткани. А спустя пять месяцев исследователи увидели, наконец, и различия между имплантатами. Вокруг земных количество новообразованной костной ткани увеличилось незначительно, – она была видна только в виде отдельных островков или тонких ободков, а образцы с Международной космической станции, наоборот, образовали вокруг себя широкие ободки костной ткани.

Формирование хризантемоподобных структур костной ткани на МКС. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10

Этот <span class="wp-tooltip" title="Исследовательская стратегия Характеризуется тем что в нем осуществляется целенаправленное наблюдение за каким-либо процессом в условиях регламентированного изменения отдельных характеристик условий его протекания При этом п, описанный учеными в научном журнале Biomedical Technology, может в будущем послужить основой разработки перспективных биомедицинских технологий для длительных космических миссий. Выращивание образцов костной ткани прямо на борту межпланетного корабля позволит восстанавливать повреждения, возникающие у космонавтов, без возвращения на родную планету.

Схема создания дефекта теменной кости в защищающий её от повреждения»>черепе крысы. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10

Мало того, данная технология, которая оказалась более эффективна за счет микрогравитации, может положить начало новой биомедицинской специализации по выращиванию костей в космосе для нужд пациентов земных клиник, ведь костные трансплантаты из космоса могут пригодиться в хирургии и стоматологии.

Источник