На борту МКС впервые изготовили 3D-аналоги костной ткани

Ученые впервые изготовили 3D-аналоги костной ткани на борту российского сегмента Международной космической станции. Оказалось, что условия микрогравитации положительно влияют на свойства материала по сравнению с земными. Так, образцы из космоса имели более упорядоченную кристаллическую структуру. Более того, эксперименты на лабораторных крысах показали, что "космические" материалы активнее земных аналогов стимулируют восстановление поврежденной ткани.

Ученые из Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (Москва) с коллегами впервые в мире синтезировали трехмерные аналоги костной ткани на борту российского сегмента МКС. Для этого использовался магнитный биоассемблер. Это устройство, в котором под действием магнитных полей из отдельных молекул собирается полноценная ткань.

Важно, что на Земле был проведен "контрольный" эксперимент: в таком же магнитном биоассемблере. Единственным отличием была земная гравитация, которая отсутствовала на МКС.

Исследователи поместили в установку неорганический раствор (буфер) с порошком фосфата кальция - вещества, из которого формировался 3D-аналог костной ткани. Как поясняют ученые, фосфат кальция выбран потому, что по химическому составу он очень близок к неорганическому компоненту кости и обладает высокой биосовместимостью.

Под действием магнитных полей из фосфата кальция как в земных условиях, так и на МКС за двое суток эксперимента сформировались образцы ткани размером около пяти миллиметров. Костные трансплантаты подобного размера широко используются на сегодняшний день в хирургии и стоматологии.

Полученные образцы доставили на Землю. Исследователи тщательно изучили их микроструктуру и физические свойства. Оказалось, что сформированные в космосе аналоги костной ткани имеют более упорядоченную структуру, чем земные. Так, кристаллы на МКС росли абсолютно с одинаковой скоростью во всех направлениях благодаря тому, что на них не действовала земная гравитация. Такая регулярная структура должна способствовать лучшему "прилипанию" живых клеток, а значит, и более быстрому восстановлению естественной костной ткани.

Далее биологи провели доклинические испытания образцов, использовав их для восстановления дефекта черепа у лабораторных крыс. В место повреждения животным ввели образец ткани, после чего раз в месяц отслеживали изменения, которые произошли в месте повреждения. Уже спустя три месяца вокруг обоих вариантов образцов - с МКС и синтезированных на Земле - стали появляться отдельные клетки новой костной ткани.

Через пять месяцев восстановления авторы увидели различия между имплантатами. Так, в эксперименте с земными образцами количество новообразованной костной ткани увеличилось незначительно: появились только отдельные ее островки и тонкие ободки. Вокруг образцов с МКС, напротив, сформировались широкие ободки костной ткани.

О чем это говорит?

Вероятно, это связано с тем, что более регулярная структура "космического" материала оказывается лучшей основой для роста и деления клеток.

По словам руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, Владимира Комлева, доктора технических наук, профессора РАН и МГУ, члена-корреспондента РАН, директора ИМЕТ РАН, результаты данной работы наглядно продемонстрировали научную новизну и актуальность проводимых фундаментальных исследований в космосе.

"Разработанные "космические" материалы могут использоваться для замещения и регенерации дефектов костной ткани как на Земле, так и в длительных космических миссиях", - подчеркнул ученый.

Результаты исследования опубликованы в журнале Biomedical Technology.