Исследователи разрабатывают методику воспроизведения процессов ремоделирования костей

Многопрофильная группа исследователей из Института прикладных наук о жизни (IALS) Массачусетского университета в Амхерсте разработала методику воспроизведения сложности костной ткани и процессов ремоделирования кости. Этот прорыв может помочь исследователям продолжить изучение биологии костей и улучшить разработку лекарств от остеопороза.


Опубликовано в Достижения науки, исследователи разработали новый биоматериал, который они назвали деминерализованной костной бумагой. В команду входят Чону Ли, Юнкук Парк, Райан Карпентер, химическая инженерия; Юджин Чеонг, биохимия и микробиология; Джун-Гу Квак, аспирантура по молекулярной и клеточной биологии; и Дже-Хюк Шим из Медицинской школы UMass в Вустере.

Команда разработала модель органоида губчатой ​​кости, которая воспроизводит существенную внеклеточную сложность и клеточные процессы полостей губчатой ​​кости. Трабекулярная кость, или губчатая кость, представляет собой легкую пористую кость, в которой находятся многочисленные большие пространства, которые придают ей сотовый или губчатый вид. Трабекулярные кости являются «амортизаторами» тела, передавая механические нагрузки с суставной поверхности на кортикальную кость. В этих костях меньше кальция и больше костного мозга по сравнению с кортикальной костью. Плотность трабекулярной кости снижается с возрастом.

«Кость — это многофункциональная ткань, которая не только поддерживает механическую стабильность, но также регулирует кроветворение и содержание минералов в крови», — говорит Ли. «Однако изучение биологии ремоделирования кости является сложной задачей, поскольку этот процесс происходит внутри костной полости. Твердая и непрозрачная костная ткань труднодоступна, поэтому создание реалистичных моделей костной ткани вне тела также улучшит наше понимание фундаментальной биологии кости. поскольку предоставляют новые возможности для моделирования прогрессирования заболевания и скрининга лекарств ».

Ремоделирование кости — это продолжающийся всю жизнь процесс, в ходе которого зрелая костная ткань удаляется из скелета и образуется новая костная ткань. Эти процессы также контролируют замену кости после травмы и микроповреждения, возникающие при нормальной повседневной активности. Развитие костей происходит послойно, так как первые костеобразующие клетки откладывают структурный коллаген, который, в свою очередь, минерализуется, превращаясь в твердую кость. Этот процесс повторяется для реконструкции и моделирования костной ткани на протяжении всей жизни.

Ученые из Университета Массачусетса взяли бычьи кости с местной бойни, затем очистили их и разрезали на небольшие куски, которые они деминерализовали с помощью химического процесса. Чтобы воспроизвести процесс ремоделирования кости, команда разработала новый биоматериал, деминерализованную костную бумагу, которая имитирует плотную структурную матрицу с тонкими срезами деминерализованной компактной кости крупного рогатого скота. Этот материал имеет контролируемую толщину и площадь поверхности. Он механически прочен и полупрозрачен.

Деминерализованная костная бумага поддерживает отростки остеобластов и остеокластов, которые представляют собой клетки, которые находятся и функционируют исключительно на поверхности кости. Остеокласты ответственны за резорбцию старой кости, а остеобласты отвечают за образование новой кости.

Костная бумага служит функциональным шаблоном, на котором остеобласты быстро откладывают структурные минералы, руководствуясь пластинчатой ​​структурой плотного коллагена, и образуют остеоидную кость, имеющую глубину, аналогичную глубине, наблюдаемой в живом организме. Полупрозрачность материала позволяет контролировать текущие клеточные процессы с помощью флуоресцентной микроскопии, он тонкий, но достаточно прочный, чтобы с ним было легко обращаться. Костную бумагу можно производить в больших количествах — команде удалось произвести более 5000 штук из одной бедренной кости крупного рогатого скота.

Юнкук Пак, первый автор, говорит, что модель губчатой ​​кости может быть гуманизирована для трансляционных исследований путем замены костей крупного рогатого скота. Гуманизированные модели губчатой ​​кости могут улучшить предсказательную силу доклинических исследований и сократить период скрининга лекарств от остеопороза. Это также может помочь исследователям облегчить будущее изучение многих аспектов биологии костей.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments