Ученые Томского политехнического университета предложили новый способ модифицирования биодеградируемых полимерных скаффолдов из полимолочной кислоты — каркасов, которые служат основой для выращивания новых органов и тканей. Созданные по технологии ТПУ тканеинженерные скаффолды хорошо взаимодействуют с клетками иммунитета человека, ускоряют рост клеточных структур и даже помогают прорастанию новых сосудов. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials & Design (IF 4,364, Q1).

«Если вы хотите создать искусственный орган или фрагмент для трансплантата, вам его необходимо будет где-то вырастить. Если для этого взять обычную чашку Петри, клетки заполнят ее плоским слоем, но трехмерной конструкции — то есть полноценной ткани или органа — не образуют. Дело в том, что по закону контактного ингибирования, встретив другую клетку, любая нормальная клетка прекращает движение и размножение. Исключение — только раковые клетки, которые мешают жить остальным. “Хорошие” же клетки стараются не мешать “соседям”. Как в таком случае вырастить новый орган? Для этого как раз создаются скаффолды (их также называют матриксами) — каркасы или «строительные леса» для будущих клеточных “домов”», — объясняет один из авторов научной статьи, инженер кафедры экспериментальной физики ТПУ Ксения Станкевич.

Дословно с английского слово «скаффолд» так и переводится — «леса, подмостки».

Говоря образно, скаффолды — вроде многоэтажек, на каждый этаж которых заселяются клетки. Там они живут, не мешая друг другу, и размножаются, образуя новые ткани.

Фото: образец скаффолда

Научный коллектив ТПУ под руководством доцента кафедры экспериментальной физики Сергея Твердохлебова уже несколько лет работает над созданием и усовершенствованием таких клеточных «домов».

В опубликованной политехниками в соавторстве с российскими и зарубежными партнерами статье предложен способ модифицирования биодеградируемых полимерных скаффолдов из полимолочной кислоты.

Для усовершенствования свойств скаффолдов ученые предложили обрабатывать их поверхность плазмой атмосферного давления, а затем — гиалуроновой кислотой.

«Поверхность полимерного материала должна быть постоянно смачиваемой телесными жидкостями. Это очень важно, так как клетки на поверхности скаффолда должны хорошо адгезироваться — сцепляться с его поверхностью. Если поверхность не смачивается, клетки будут с нее скатываться. Метод применения низкотемпературной плазмы не нов. Однако существенным его недостатком как раз является то, что через какое-то время гидрофобные свойства материала возвращаются — то есть он перестанет быть смачиваемым. Мы смогли решить эту проблему, нанеся на скаффолды гиалуроновую кислоту после того, как обработали их низкотемпературной плазмой», — уточняет один из авторов научной статьи, магистрант Физико-технического института ТПУ Валерия Кудрявцева.

Далее научный коллектив исследовал иммунный ответ организма на новый материал. Для этого ученые выделяли первичные клетки из крови доноров и смотрели, как они будут взаимодействовать с усовершенствованной поверхностью скаффолдов. Результаты исследования показали, полученный материал улучшает условия для выращивания клеток.

Фото: СЭМ изображения нетканного PLA материала, сформованного методом электроспиннинга: a) не модифицированный PLAm, b) модифицированный в плазме PLAp; с  иммобилизованной  гиалуроновой кислотой c) PLA-HA1, d) PLA-HA2, e) PLA-HA3.

Новые покрытия более биосовместимы с организмом, нежели другие подобные материалы, обладают противовоспалительными свойствами, при их применении клетки быстрее растут.

«Кроме этого, мы использовали при создании наших покрытий еще одну линию — клетки эмбриональной пуповины человека. Как показали исследования, в этом случае возникают условия, способствующие появлению новых сосудов. Это очень важно, поскольку, если в имплантированную внутрь организма ткань не прорастают сосуды, соответственно, на этом участке отсутствует кровоснабжение, и клетки начинают отмирать. Наш материал способен эту проблему решить», — заключает Ксения Станкевич.

Политехники уточняют, что использовать полученный материал можно будет не только в области трансплантологии, но и в регенеративной медицине. Например, при лечении ожогов, язв и других повреждений кожных покровов. Проведенное исследование, уверены ученые, станет фундаментальным заделом для разработки биоинженерных конструкций для персонифицированной медицины, ориентированной на использование методов индивидуального подхода к лечению пациентов.

Справка:

Разработка осуществлялась несколькими научными коллективами ТПУ (сотрудниками кафедры экспериментальной физики ФТИ, кафедры биотехнологии и органической химии ИФВТ и лаборатории №1 ИФВТ) в рамках сетевого взаимодействия с российскими и зарубежными партнерами — ИТМО, СпбГУ, ФГБУ «СЗФМИЦ им. В. А. Алмазова» Минздрава России, ТГУ, Гейдельбергским университетом (Германия) и Организацией Красного креста земли Баден-Вюртемберг (Германия).