Группа ученых Массачусетского университета в Амхерсте разработала методику воссоздания сложной структурыкостной ткани и ремоделирования процессов образования костей. Эта методика позволит в дальнейшем улучшить эффективность лекарств для лечения остеопороза.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances. Ученые создали новый биоматериал, так называемую деминерализованную костную бумагу. Команда разработала органоидную модель трабекулярной кости, воспроизводящую клеточные процессы в полостяхгубчатой ??кости.Губчатая(трабекулярная) кость, представляет собой пористую структуру с множеством пустых полостей, что придает ей вид сотов. Трабекулярные кости выполняют роль «амортизаторов» в теле и передают механические нагрузки с поверхности суставов на кортикальные кости. В губчатой кости, по сравнению с кортикальной, содержится меньшее количество кальция, но, в то же время, больше костного мозга. По мере старения организма плотность губчатой ??кости снижается.
Ремоделирование костей – представляет собой процесс, который идет всю жизнь и в ходе него старая костная ткань удаляется и формируются новая костная ткань. Эти процессы также участвуют в восстановлении костей после травм и микроповреждений, возникающих в ходе обычной повседневной активности. Формирование костей идет послойно – сначала костеобразующие клетки создают структурный коллаген, который, в дальнейшем минерализуется и трансформируется в твердую костную ткань. Этот процесс реконструкции и моделирования костной ткани проходит в течение всей жизни.
Ученые из Университета Массачусетса использовали бычьи кости, которые были очищены и разделены на небольшие кусочки и затем провели химическуюдеминерализацию. Для воспроизведения процессаремоделирования костей, команда создала из компактной кости животных новый биоматериал -деминерализованную костную бумагу, которая фактически дублирует структурную матрицу костной ткани крупного рогатого скота. Этот материал имеет механическую прочность, полупрозрачен и имеет определенную толщину и площадь.
Деминерализованная костная бумага поддерживает деятельность клеток остеобластов и остеокластов, которые могут функционировать только на поверхности кости. Остеокласты отвечают за резорбцию старой кости, а остеобласты участвуют в формированииновой кости.
Костная бумага выполняет роль шаблона, на котором остеобласты формируютструктурные минералы и образуют остеоидную кость, аналогичную той, что образуется в живом организме. Полупрозрачность костной бумаги материала позволяет наблюдать за происходящими клеточными процессами. Кроме того, материал тонкий, но достаточнопрочный и с ним легко работать и производитьв больших количествах.
Главный автор исследования Юнкук Пак говорит, что модель губчатой ??кости на основе материала, полученного из костей крупного рогатого скота, может быть использована для трансляционных исследований. Гуманизированные модели губчатой ??кости могут значительно улучшить процесс доклинических исследований препаратов для лечения остеопороза и сократить период скрининга их эффективности.
