CC BY
8
и коллагенового скаффолда в форме пластины и способ ее производства на основе биопечати.
Клеточные сфероиды получали путем агрегации клеток надкостницы в агарозных лунках. Мембрана сформирована методом электроспиннинга из коллагена-1. Биопечать осуществлена биопринтером BIO X (CELLINK). Сфероиды распечатаны в один слой на поверхности мембраны. Далее конструкт созревал внутри биореактора(6-7 суток). Жизнеспособность сфероидов исследовали с помощью LIVE/DEAD®. Свернутая в трубочку БИН внутри диффузной камеры помещалась под псевдосиновиальную мембрану, предварительно сформированную на животной модели вокруг метилметакрилатного спейсера. В динамике проводились гистологическое исследование, флуоресцентная микроскопия, иммуногистохимия, выявление щелочной фосфатазы, остеопонтина и внеклеточных преципитатов кальция, электронная и лазерная конфокальная сканирующие микроскопии, морфометрия (NIS-Elements).
Клеточные сфероиды из культивированных клеток надкостницы связываются с поверхностью коллагено-вой мембраны. В динамике происходит адгезия, частичное распластывание клеточных сфероидов на мембране, вглубь по волокнам мембраны мигрирует часть клеток сфероидов, они продуцируют коллагеновые волокна, образующие объединяющий волоконный остов, связывающий сфероиды с подлежащей мембраной. Соседние сфероиды сливаются между собой (тканевое слияние). БИН внутри диффузной камеры, имплантируемой в животную модель, образует хрящ и минерализованную соединительную ткань.
Путем биопечати получена БИН, объединяющая клеточные сфероиды со скаффолдом в соответствии с комбинированной синергетической стратегией тканевой инженерии. Конструкт обладает остеогенным потенциалом и прогнозируемо может стимулировать остеогенез при разработке различных биомиметических технологий поднадкостничной регенерации утраченных фрагментов костей in vivo. Статья подготовлена в рамках НИР, выполняемой по государственному заданию в ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова».
ГЕТЕРОСФЕРОИД С ЯДРОМ ИЗ ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОГО КОСТНОГО МАТРИКСА ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ КОСТНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ
А.В. Ковалев, В.К. Ильина, М.М. Сморчков, Е.В. Прохорова
ФГБУ НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова МЗ РФ, Москва, Россия
e-mail: [email protected]
Ключевые слова: клеточный сфероид, тканевая инженерия, остеогенез.
Производство тканеинженерных трансплантатов для эффективного восстановления целостности костей путем заполнения ими крупных костных дефектов остается одной из важнейших задач биомедицины. Совместное культивирование мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга (ММСК КМ) и клеток надкостницы (КН) на скаффолде усиливает остеогенез и васкуляризацию конструкта после трансплантации. Агрегация этих двух типов клеток в одном клеточном сфероиде может объединить терапевтические потенциалы клеток с известными преимуществами сфероидов перед клеточной терапией.
Цель: разработать гомолог клеточного продукта — гетеросфероид из КН и ММСК КМ с фрагментом деминерализованного костного матрикса (ДКМ) в центре — и оценить его регенеративный потенциал in vitro.
В агарозную лунку погружался фрагмент измельченного ДКМ «Перфоост» (ЦИТО), а затем вносились суспензии клеток культур КН и ММСК КМ. После агрегации клеток полученные сфероиды переносили в культу-ральные флаконы на поверхность электроспиннинговых коллагеновых мембран и продолжали культивирование в остеогенной среде. Проводилось морфологическое исследование кинетики сфероидов, в т. ч. флуоресцентная микроскопия, иммуногистохимия, электронная и лазерная конфокальная сканирующие микроскопии, морфо-метрия (NIS-Elements).
Перенесенные в лунку клетки устанавливают межклеточные контакты, продуцируют внеклеточный ма-трикс и образуют сфероид с фрагментом ДКМ в центре. Полученные сфероиды несут жизнеспособные клетки, способны прилипать к коллагеновой мембране и распластываться на ней. Сфероиды способны к тканевому слиянию, образованию из слипшихся сфероидов на неадгезивных поверхностях более сложных конструктов. ДКМ, образующий центральную часть гетеросферои-да, надежно удерживается в т. ч. собственным внеклеточным матриксом сфероида и, вероятно, оказывает остеоиндуктивное влияние. В культуре клетки сфероида частично мигрируют по волокнам мембраны, в остеоген-ной среде формируют минерализованный коллагеновый волоконный остов, объединяющий сфероиды и коллаге-новую мембрану.
Таким образом, нами разработан клеточный гете-росфероид с ядром из ДКМ, который содержит собственный внеклеточный матрикс, обладает регенеративным потенциалом и способностью к формированию минерализованного соединительнотканного матрикса in vitro, ДКМ позволяет увеличить размер сфероида без вероятности образования гипоксического ядра в центре. Статья подготовлена в рамках НИР, выполняемой по государственному заданию в ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова».
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭЛАСТОМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАНА ДЛЯ ИМПЛАНТАТОВ СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ
B.В. Ковалева1, Н.М. Кузнецов1, Е.П. Банин1, А.Е. Крупнин1, 2,
C.В. Крашенинников1, С.Н. Чвалун1, 3
1 НИЦ Курчатовский институт, Москва, Россия
2 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
3 Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН, Москва, Россия
e-mail: [email protected]
Ключевые слова: стимул-чувствительные материалы, диэлектрические эластомеры, давление Максвелла, модель Йо, полисилоксаны.
Сердечная недостаточность — ослабление насосной функции сердца, приводит к ухудшению качества жизни пациента или его смерти. Во всем мире от сердечной недостаточности страдает 41 миллион человек [1], поэтому поиск способов лечения данного заболевания является актуальной задачей. В настоящее время
многообещающим является комплексный подход, частично компенсирующий нарушения сердечных сокращений и замещающий функции пораженной электропроводящей системы сердца, что становится возможным благодаря использованию «умных» материалов, в частности диэлектрических эластомеров, способных обратимо деформироваться (растягиваться или сокращаться) в электрическом поле [2]. Перспективным полимером для создания таких материалов является полидиметил-силоксан (ПДМС). Одним из способов усиления отклика материалов на основе ПДМС на внешний электрический стимул является повышение диэлектрической проницаемости материала, что может быть достигнуто созданием полимер-полимерных или дисперсно-наполненных композитов на его основе.
В исследовании получены композиционные эла-стомерные материалы на основе ПДМС, наполненного частицами различной природы и формы (порошок железа, монтмориллонит и наноцеллюлоза) с концентрацией 5 масс.%. Морфологию частиц наполнителя изучали методами электронной микроскопии. По результатам механических испытаний на одноосное растяжение были определены значения модуля Юнга и коэффициенты для трехпараметрического упругого потенциала Йо в диапазоне деформаций до 800%. В широком диапазоне частот измерены зависимости электрофизических характеристик полученных эластомеров. Отклик материалов на внешнее электрическое поле исследовали с помощью реометра с параллельными плоскостями. Под действием электрического поля напряженностью 0,84 и 2,5 кВ/мм наблюдалось уменьшение нормальной силы за счет деформации композитных эластомеров под действием давления Максвелла [3]. В работе показана эффективность на-норазмерных наполнителей с высоким характеристическим отношением и поляризуемостью для получения материалов с увеличенным откликом на внешний стимул. Исследование выполнено при финансовой поддержке Госзадания НИЦ «Курчатовский институт».
Литература:
1. Roche E.T., Horvath M.A., Wamala I. et al. Sci. Transl. Med.
2017. V. 9. P. eaaf3925.
2. Perine R., Kornbluh R., Pei Q. et al. Science. 2000. V. 287. P.
836-839.
3. Anderson I.A., Gisby T.A., McKay T.G. et al. J. Appl. Phys. 2012.
V. 112. P. 041101.
ЭФФЕКТ ПАМЯТИ ФОРМЫ ГИБРИДНЫХ ЭЛЕКТРОСПИННИНГОВАННЫХ СКАФФОЛДОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЛАКТИДА, ФУНКЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВОССТАНОВЛЕННЫМ ОКСИДОМ ГРАФЕНА, ДЛЯ ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ
П.А. Ковалева1, И.О. Парий2, Р.А. Сурменев2, Ф.С. Сенатов1
1 ФГБАОУ ВО НИТУ МИСИС, Москва, Россия
2 ФГБАОУ ВО Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия
e-mail: [email protected]
Ключевые слова: полилактид, поликапролактон, восстановленный оксид графена, гибридные скаффолды, электроспиннинг, структура, эффект памяти формы, механические свойства, тканевая инженерия.
В настоящее время биополимеры широко используются в медицине. Значительное количество исследований сосредоточено как на создании полимерных композиционных материалов со специфическими свойствами, так и на изготовлении пористых конструкций для использования в реконструктивной хирургии [1].
Полилактид (PLA) и поликапролактон (PCL) — синтетические алифатические полимеры с различными свойствами [2], являются перспективными материалами благодаря своей биосовместимости и биодеградации [3]. PLA также признан полимером с эффектом памяти формы (ЭПФ) [4]. Это программируемый эффект, который заключается в том, что материалу можно придать временную форму, которую он будет сохранять до внешнего воздействия, возвращающего первоначальную форму [5]. Это актуально для создания различных медицинских устройств и, что более интересно, самоустанавливающихся имплантатов в фокусе реконструктивной медицины [5]. Использованные в данной работе частицы восстановленного оксида графена (rGO) обладают выдающейся электро- и теплопроводностью; включение таких частиц в полимерную матрицу может способствовать образованию тепловых центров и влиять на характеристики эффекта памяти формы. Кроме того, агенты в полимере влияют на морфологическую структуру и кристалличность полимерной матрицы, являясь дополнительным центром кристаллизации полимера.
В данном исследовании была проведена характериза-ция гибридных скаффолдов PLA-PCL, полученных методом электроспиннинга. Исследовано влияние небольшого количества (0,7, 1,0 и 1,5 мас. %) rGO на морфологию, структуру, тепловое поведение и характеристики памяти формы разработанных материалов. XRD и ДСК исследования выявили превращение полукристаллической орторомбической структуры PLA в квазиаморфную как для чистых скаффолдов PLA-PCL, так и для гибридных композитных скаффолдов PLA-PCL-rGO после нагревания и цикла ЭПФ. Добавление rGO способствовало изменению структуры полученных композитов, улучшению их механических характеристик и не оказывало существенного влияния на характеристики памяти формы. Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ (№ 21-73-205).
Литература:
1. Amiryaghoubi N., Fathi M., Barar J. et al. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2022. P. 103360.
2. Sarde B., Patil Y.D. Materials Today: Proceedings. 2019. V. 18. P. 3780-3790.
3. Leonés A., Soneca A., Lopez D. et al. European Polymer Journal. 2019. — V. 117. — P. 217-226.
4. Xie X., Chen Y., Wang X. et al. Journal of Materials Science & Technology. 2020. V. 59. P. 243-261.
5. Mareedu T., Poiba V.R., Vangalapati M. Materials Today: Proceedings. 2021. V. 42. P. 1498-1501.
