CC BY
30
УДК 66.091.7
Серегина Т.С., Мендруль В.В., Ивановская Е.В., Харитонова В.Г., Деревнин И.А., Дятлов В.А.
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ ТКАНЕЗАМЕЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
Серегина Татьяна Сергеевна бакалавр 3 курса кафедры химической технологии пластических масс; e-mail: tatiana.seregina.2016@yandex.ru;
Мендруль Виктория Васильевна магистр 1 курса кафедры химической технологии пластических масс; Ивановская Екатерина Владиславовна бакалавр 1 курса кафедры химической технологии пластических масс; Харитонова Виктория Геннадьевна магистр 2 курса кафедры химической технологии пластических масс; Деревнин Игорь Алексеевич бакалавр 3 курса кафедры химической технологии пластических масс; Дятлов Валерий Александрович, д.х.н., профессор, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва, Миусская пл., 9
Предложен способ создания биоразлагаемых скаффолдов, на основе ксеноперикарда и глиссоновой капсулы печени, для выращивания дифференцированных тканей. Такой биоматериал способен замещаться собственной тканью организма и выделять в кровоток фармакологически активные субстанции. В работе в качестве полимеров носителей использовали эпокиспросилдекстран и диальдегиддекстран, в полимерную матрицу которых включены антибиотик гентамицин, морфогенетические белки, стимулятор ранозаживления и нанокорпускулряные носители. Каждое лекарственное средство имеет собственную независимую динамику выделения.
Ключевые слова: полисахариды, эпоксипропилдекстран, диальдегиддекстран, полимерные производные гентамицина, морфогенетические белки, методы обработки ксеноперикарда и глиссоновой капсулы печени.
MULTIFUNCTIONAL BIODEGRADABLE SCAFFOLDS FOR TISSUE SUBSTITUTION
Seregina T. S., Mendrul V.V., Ivanovskaia E.V., Kharitonova V.G., Derevnin I. A., Dyatlov V. A. D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
Has been proposed a method of creating biodegradable scaffolds which are based on xenopericardium and gelon capsule forgrowing differentiated tissues. This biomaterial is able to be replaced by the body's own tissue and release pharmacologically active substances into the bloodstream. Chemically modified polysaccharides epoxypropyldextran and dialdehydextran have been used as the polymer drug carriers. That contain antibiotic gentamicin, morphogenetic proteins, wound healing activators and nanocorpuscular carriers. Every drug has its own independent release dynamics.
Keywords: polysaccharide, epoxypropyl dextran, dialdehyde dextran, polymeric derivatives of gentamicin, morphogenetic proteins, methods of processing xenopericardium and gelon capsule.
В современной реконструктивной хирургии вопрос тканзамещения становится все более актуальным. Это связано с тем, что в остеопластике, абдоминальной и кардиохирургии, протезировании сосудов, лечении ожогов и других областях остро ощущается дефицит биоразлагаемых материалов, способных замещаться собственной тканью. Особенно актуальной является разработка подходов к созданию биоразлагаемых скаффолдов для выращивания дифференцированных тканей, таких как эпителиальная, костная ткань и т.д. В качестве основы скаффолдов используют химически стабилизированные биологические ткани на основе ксеноперикарда и глиссоновой капсулы печени. Опыт последних лет показал, что скаффолд должен выполнять функции протеза, а кроме того, обладать лечебными свойствами, выделяя в кровоток локально лекарственные вещества. Со временем протез замещался собственной тканью, способной выполнять нормальные функции. В настоящее время в восстановительной хирургии широко используют небиоразлагаемые материалы, стабилизированные в растворе глутарового альдегида, однако они не способны замещаться собственной тканью
организма и выделять в кровоток фармакологически активные вещества.
Целью настоящей работы явилась разработка подходов к синтезу биоразлагаемых скаффолдов на основе химически стабилизированных
биологических тканей содержащих
полусинтетические полимеры и корпускулярные носители, способные выделять в кровоток лекарственные вещества.
Скорость биоразложения полимеров регулировали путем их химической обработки активированными полимерами полисахаридного типа, эпихлоргидрин активированным декстаном и диальдегиддекстраном. Выбор этих полимеров не случаен. Их основой является нетоксичный биоразлагаемый полимер декстран - поли-1,6-а-глюкоза, который можно использовать для создания межволоконного геля без риска блокады клубочковой фильтрации почек высокомолекулярными фракциями, которые неизбежно присутствуют при разложении сшитых полимеров.
Эпихлоргидрин активированный декстарн является биоразлагаемым полимером, однако присутствие в его структуре эпоксипропильных групп, способных
необратимо взаимодействовать с аминными составляющего основу волокон биоткани. Полимер
группами коллагена биологической ткани позволяет получали обработкой клинического кровезаменителя
регулировать в широких пределах скорость полиглюкина эпихлоргидрином в щелочной среде в
ферментативного гидролиза коллагена - белка, соответствии со схемой 1.
сн,
он он
/
СН2
о
он л /
он
о-сн2-нс—сн2
\ / о
Схема 1. Получение эпихлоргидрин активированного декстрана.
Схема 1а. ЯМР 13С спектр эпихлоргидрин активированного декстрана.
Второй полимер - диальдегиддекстран способен ковалентно связываться с поверхностью коллагена, однако внутри организма может быть подвергнут гидролизу без участия ферментов. Поэтому его удобно использовать в качестве полимера носителя лекарств, выделение которых из протеза необходимо обеспечить в течение первого периода после хирургической имплантации биопротеза в организм. Диальдегиддекстран получали методом
периодатного окисления клинического
кровезаменителя полиглюкина в соответствии со схемой 2.
/
.СН,
о
он \/
N310,
— НСООН
ОН он
Схема 2. Получение диальдегиддекстрана.
Способ позволяет синтезировать носители с различным содержанием окисленных звеньев, которое может изменяться в широких пределах. В работе использовали диальдегиддекстран, содержащий 40% окисленных звеньев (уок =40%). Для введения в композиционные материалы лекарств, способных к длительному постепенному выделению, использовали нанокорпускулярные носители полицианакрилатного типа, которые получали по следующей схеме 3. Лабораторный способ обработки биоткани предусматривает следующую последовательность технологических стадий (схема 4).
Мономер+БАВ
• •
|iH-l-4,1ЬО ПАВ/с габилшатор
О-ПАВ
• БАВ — 2-Цианакрилат
Схема 3. Получение нанокопускулярных полицианакрилатных носителей.
Обработка глутаровым альдегидом, SDS и биф о сф онатами Обработка активированным полимером с получением композита Обработка композита Обработка диальдегид-декстраном в
антибиотиком смеси с нано-корпекулярными носителем
Схема 4. Последователь Первоначально ткань животного происхождения, отмытая от клеточных элементов ферментативным способом, обрабатывают эпихлоргидрин
активированным декстраном, который проникает в межволоконное пространство, образуя
мукополисахаридный матрикс, ковалентно связанный с коллагеном волокон. Скорость биодеградации контролируется изменением содержания эпоксипропильных групп в декстране, которое позволяет регулировать степень химической модификации коллагена и соответственно скорость его ферментативного гидролиза. На второй стадии остаточные оксипропильные группы закрывают избытом аминогликозидного антибиотика гентамицина, который ковалентно связывается с мукополисахаридным матриксом и способствует приданию материалу способности длительно сопротивляться бактериальной инфекции. Вторым веществом, которое используют для связывания с матриксом, является морфогенетический белок. Состав морфогенетических белков зависит от назначения скаффолда. Например, протезы костной ткани содержат костный морфогенетический белок, а скаффолды, находящиеся в контакте с кровью, факторы васкуларизации и роста эпителия. Присутствие морфогенетического белка позволяет определять тип ткани, которая заместит скаффолд после его резорбции. На третьем этапе скаффолд наполняют диальдегиддекстраном в смеси с нанокорпускулярным носителем, содержащем лекарства. Эти компоненты необходимы для обеспечения быстрого выхода лекарств, ускоряющих послеоперационную регенерацию. Таким образом, скаффолд содержит набор физиологически активных веществ выделяющихся независимо друг от друга с индивидуальной динамикой.
Скорость биоразложения определяли методами in vivo и in vivo. Способ in vitro предполагает использование стандартного метода
количественного определения скорости выхода гидроксипролина из образца биоткани под
ть обработки биоткани.
действием коллагеназы. В опытах in vivo биодегрдацию определяли по изменению размера образца биоткани после подкожной имплантации крысам на срок от 7 до 30 дней. Синтезированные скаффолды содержат
мукополисахаридный матрикс, содержащий антибиотик гентамицин, ковалентно связанный с эпихлоргидрин активированным полисахаридным гелем устойчивой к гидролизу связью. Кроме того гель содержит гепарин, обеспечивающий гемосовместимость и морфогенетический белок. Антибиотик выделяется в кровоток только под действием ферментов бактерий. Все остальные компоненты медленно выделяются при биорезорбции скаффолда. Это обеспечивает длительную защиту протеза от бактериальной инфекции, а также локальную дифференциацию замещающей ткани по выбранному пути. Дополнительно межволоконное пространство заполнено диальдегиддекстраном, содержащим ковалентно связанный стимулятор ранозаживления инсулин, который выделяется локально в течение первых 7 дней после хирургического вмешательства и обеспечивает ускоренную местную регенерацию, а также нанокапсулы выделяющие в кровоток противовоспалительное средство. Таким образом, изучены подходы к синтезу биоразлагаемых скаффолдов для выращивания различных дифференцированных тканей.
Скаффолды, на основе ксеноперикарда и глиссоновой капсулы печени, содержат набор физиологически активных веществ, способных выделяться в кровоток, причем каждое лекарство имеет собственную независимую динамику выделения.
Список литературы 1. Rustamov I.R., Dyatlov V.A., Grebeneva T.A., Dyatlov A. V., Zaitsev V.V., Maleev V.I. Polycyanoacrylate porous material for bone tissue substitution // Journal of Material Chemistry. B. 2014. I 2. P.4310-4317.
