Поврежденные межпозвоночные диски человека вскоре смогут заменять искусственными

Группа ученых и врачей в США впервые в истории провела успешную имплантацию искусственного межпозвоночного диска крупному млекопитающему. Биоинженерный имплант успешно прижился и смог правильно и долгосрочно обеспечивать свою функцию в шейном отделе позвоночника. Сведения о разработке искусственных межпозвоночных дисков и результатах эксперимента были опубликованы в журнале Science Translational Medicine.

Разработку искусственного межпозвоночного диска ведет группа Penn Medicine, которая включает в себя многопрофильные команды исследователей из Школы медицины Университета Пенсильвании Перлман (США), Школы инженерных наук и прикладных наук и Школы ветеринарной медицины (Пенсильвания, США).

Некоторое время назад ученые успешно отчитались о замене межпозвоночных дисков у крыс. А теперь эксперимент был проведен на козах, чей шейный отдел позвоночника схож по строению и размеру с человеческим. Это самая крупная животная модель, на которой когда-либо проводились подобные испытания.

Дегенерация межпозвоночных дисков — больше не приговор?

Межпозвоночные диски обеспечивают нормальные движения в обыденной жизни — например, повороты головы. С возрастом у части людей их дегенерация приводит к появлению болей, а нередко и потере подвижности. Только в США около половины взрослого населения страдает от болей в спине или шее. На лечение пациентов с такими нарушениями по всему миру тратится около 195 миллиардов долларов в год. При этом науке пока неясны причины дегенерации межпозвоночных дисков.

Существующее лечение заболеваний, связанных с нею, включая операции, лишь облегчает симптомы, но не восстанавливает функции и диапазон движения дисков. В долгосрочной перспективе оно оказывается ограниченно эффективным. Поэтому ученые упорно искали возможность заменять поврежденные межпозвоночные диски на искусственные аналоги, что решало бы проблему в корне.

Группа Penn Medicine работает над этой задачей 15 лет. Направление ее поиска — объединение собственных стволовых клеток людей или животных с биоинженерными каркасами, которые создаются в лаборатории. По сути, в Penn Medicine делают «сменный» межпозвоночный диск, который затем помещают в позвоночник вместо поврежденного.

В последние годы эта команда исследователей прошла путь от фундаментальных изысканий на моделях «в пробирке» к реальным имплантациям в малой животной модели, а затем — к замене диска у крупного млекопитающего. Последний успешный опыт подвел ученых к тому, чтобы задуматься об испытаниях технологии на человеке.

Как доказали успех имплантаций

Прошлые исследования команды успешно продемонстрировали интеграцию имплантов под названием «дисковые структуры углового слоя (DAPS)» в хвосты крыс в течение 5 недель. Затем были успешно испытаны новые модификации дисков — eDAPS, которые имитируют «родной» межпозвоночный диск. Долгосрочность интеграции в организм животного была проверена уже на отрезке в 20 недель.

И вот теперь имплант eDAPS испытан в шейном отделе позвоночника коз. Через 4 недели после имплантации томография показала, что успешная полная замена дисков в шейном отделе произошла. МРТ-исследование через 8 недель показало, что композиция искусственного диска эффективно поддерживалась или даже улучшалась у части животных. Механические свойства eDAPS либо соответствовали свойствам естественного межпозвоночного диска, либо превосходили их.

Следующим шагом команды ученых из Пенсильвании будет долгосрочное исследование приживаемости имплантов у коз, а затем — создание искусственного межпозвоночного диска для человека на основе его собственных стволовых клеток. Перспективы новой технологии и сами исследователи, и эксперты-ортопеды оценивают как «захватывающие».