
Британским и американским ученым удалось значительно улучшить
восстановление костей под действием факторов роста с помощью простого
синтетического полимера. Результаты работы опубликованы в журнале Science
Advances.
 
Ростовые факторы, такие как костный морфогенетический белок
2 типа (BMP-2), в течение нескольких лет применяются хирургами для ускорения
срастания костей после травм или операций. Для этого в место костного дефекта
помещают коллагеновую губку, содержащую в одном миллилитре объема 1,5
миллиграмма рекомбинантного ВМР-2. Меньшие дозы малоэффективны, поскольку белок
плохо связывается с «неподготовленным» глобулярным фибронектином (одним из
ключевых компонентов внеклеточного матрикса, который под действием факторов
роста связывается с интегринами на поверхности клеток и обеспечивает
структурную целостность ткани). Однако в столь высокой дозировке ВМР-2 часто
приводит к развитию серьезных неврологических, дыхательных и воспалительных
побочных эффектов, что ограничивает их применение.
 
Сотрудники Университета Глазго и Технологического института
Джорджии в ходе предыдущих работ показали, что in vitro на поверхности, покрытой
полиэтилакрилатом (РЕА) фибронектин самособирается в фибриллярную форму. Такая
форма оптимальна для взаимодействия с ростовыми факторами и интегринами в
процессе восстановления костной ткани, поскольку открывает участки связывания фибронектина с ними. При этом самосборка происходит приблизительно
за минуту при концентрации РЕА менее 10 микрограммов на миллилитр. Как именно она происходит на химическом уровне, в работе не указано.
 
В ходе описываемого эксперимента ученые абсорбировали BMP-2
в концентрации 25 нанограммов на миллилитр на покрытой фибронектином поверхности
из РЕА. Они убедились, что в подобных условиях ростовый фактор хорошо
связывается с активными участками фибронектина. При помещении на такую
поверхность человеческие мезенхимальные стволовые клетки быстрее
дифференцировались в остеобласты (клетки, продуцирующие костную ткань) и
вырабатывали больше сигнальных молекул, чем в отсутствие BMP-2 или при его
действии в растворимой форме, не связанной с фибронектином.
 
На следующей стадии работы ученые восстанавливали
незаживающие дефекты кости у мышей с помощью цилиндрических полимерных вкладок,
покрытых РЕА и фибронектином с BMP-2 или без него. Выяснилось, что лишь в
присутствии предварительно абсорбированного на фибронектине фактора роста
костный дефект закрылся за восемь недель. При этом образовавшаяся костная ткань
имела правильную микроскопическую структуру и костный мозг, а в отсутствие BMP-2,
скорее, напоминала рубец. Таких же результатов удалось добиться с помощью
полиэтиленгликолевого гидрогеля с BMP-2, который содержал более чем 100-кратную
концентрацию этого фактора роста. Применение РЕА позволило снизить дозу BMP-2 в
300 раз по сравнению с той, что применяется современными хирургами.
