Доктор Натан Велхэм, патолог языка речи из UW, и его коллеги из нескольких дисциплин смогли создать биоинженерную ткань голосовой связки, способную передавать звук, сообщили они в исследовании, опубликованном в журнале Science Translational Medicine.Около 20 миллионов американцев страдают нарушениями голоса, и у многих есть повреждения слизистой оболочки голосовых связок, специализированных тканей, которые вибрируют, когда воздух движется по ним, вызывая голос. Хотя инъекции коллагена и других материалов могут помочь некоторым в краткосрочной перспективе, Уэлхэм говорит, что мало что можно сделать для людей, у которых были повреждены или удалены большие участки голосовых связок.«Голос — это довольно удивительная вещь, но мы не задумываемся о ней, пока что-то не пойдет не так», — говорит Уэлхэм, доцент хирургии в Школе медицины и общественного здравоохранения Университета штата Вашингтон. «Наши голосовые связки состоят из особой ткани, которая должна быть достаточно гибкой, чтобы вибрировать, и в то же время достаточно прочной, чтобы ударяться друг о друга сотни раз в секунду.
Это изысканная система, которую трудно воспроизвести».Велхэм и его коллеги начали с ткани голосовых связок трупа и четырех пациентов, которым удалили гортань, но у них не было рака. Они выделили, очистили и вырастили клетки слизистой оболочки, а затем нанесли их на трехмерный коллагеновый каркас, аналогичный системе, используемой для выращивания искусственной кожи в лаборатории.
Примерно через две недели клетки срослись, образуя ткань с гибкой, но прочной соединительной тканью под ней и слоистыми эпителиальными клетками наверху. Протеомный анализ показал, что клетки вырабатывают многие из тех же белков, что и нормальные клетки голосовых связок. Физические испытания показали, что эпителиальные клетки также начали формировать незрелую базальную мембрану, которая помогает создать барьер против патогенов и раздражителей в дыхательных путях.Уэлхэм говорит, что выращенная в лаборатории ткань «ощущалась как ткань голосовых связок», а испытания материалов показали, что она имеет характеристики вязкости и эластичности, аналогичные нормальным тканям.
Чтобы проверить, может ли он передавать звук, исследователи пересадили биоинженерную ткань на одну сторону гортани, которая была удалена у трупов собак. Гортани были прикреплены к искусственным трахеям, и через них продували теплый увлажненный воздух. Мало того, что ткань издавала звук, но и высокоскоростное цифровое изображение показало, что искусственная слизистая оболочка вибрирует, как естественная ткань на противоположной стороне.
Акустический анализ также показал, что два типа тканей имеют схожие звуковые характеристики.Наконец, исследователи хотели увидеть, будет ли ткань отторгнута или принята мышами, у которых была создана иммунная система человека. Ткань росла и не отторгалась, одинаково хорошо работая у мышей с иммунной системой донора клеток гортани (созданной за счет донорства крови от доноров клеток гортани) и мышей с другой иммунной системой человека.«Кажется, что искусственно созданная ткань голосовых связок может быть похожа на ткань роговицы в том смысле, что она имеет иммунитет, а это означает, что она не вызывает иммунную реакцию хозяина», — говорит Уэлхэм, добавляя, что более ранние исследования также подтвердили это.
С одной стороны, ткань была не так хороша, как настоящая: ее волокнистая структура была менее сложной, чем у взрослых голосовых связок, но авторы сказали, что это не удивительно, потому что человеческие голосовые связки продолжают развиваться в течение как минимум 13 лет после рождения.Уэлхэм говорит, что ткань голосовых связок, свободная от рака, является редким товаром, поэтому клиническое применение потребует либо накопления и размножения человеческих клеток, либо использования стволовых клеток, полученных из костного мозга или других тканей. Стволовые клетки могут быть подготовлены к дифференцировке в клетки голосовых связок, подвергая их вибрации и растягивающим силам в «гортанном биореакторе».
Такую работу проводят другие лаборатории, в том числе в Висконсине.До клинического применения еще много лет, но Уэлхэм говорит, что это доказательное исследование является «надежным эталоном» на пути к замене ткани голосовых связок.
Для продвижения этой многообещающей работы требуется больше испытаний на безопасность и долгосрочное функционирование.