CC BY
6
SYNTHETIC OLIGOPEPTIDE-MODIFIED
BIOMATERIALS
M. Zoughaib, T.I. Abdullin
Kazan (Volga Region) Federal University, Kazan, Russia
e-mail: mohamadzougheib@gmail.com
Keywords: hydrogel biomaterials, synthetic oligopeptides,
tissue engineering, drug delivery.
Biomaterials composed of natural or synthetic components have gained much attention owing to their important roles and promises in the field of tissue engineering and regenerative medicine. Modification of biocompatible materials with active components is commonly required to confer sufficient regenerative properties related to the induction of specific cell responses and boosting tissue growth. Recombinant proteins and growth factors with pleiotropic activities are one of the most effective biolog-ics to activate biomaterials. However, they feature major limitations due to their high cost, potential immunogenicity and low stability. A promising strategy to overcome these limitations is based on the use of oligopeptide sequences, which resemble structure and activity of functional sites of full-length proteins. Such oligopeptides can be produced with high purity by solid-phase synthesis technique, which also provides convenient methods for modification of the peptide sequences in order to improve their properties and facilitate their combination with biomaterials.
In this presentation, we give an overview of synthetic oli-gopeptides as a powerful multifunctional component to develop improved biomaterials both for tissue engineering and drug delivery applications. The specific design of oligopeptides and biomaterials is considered to perform their controllable combination and provide availability of immobilized peptides for biointeractions.
In particular, we have demonstrated that the activation of macroporous hydrogels (cryogels) with compositions of ECM-derived oligopeptides can effectively regulate cell behavior in the materials. To reveal peptide activities, pHEMA/ PEG/p-cyclodextrin synthetic composite cryogel was developed and in situ modified with adamantylated RGD and GHK peptides via host-guest interactions. The resulting biomaterial was proven as an informative ECM model to study specific in vitro effects of multiple peptide factors in 3D environment. The synergistic effect of RGD and GHK peptides on proliferative activity of different mammalian cells was established [1]. Furthermore, co-modification of the cryogels with RGD, GHK, and copper (II), enhanced the angiogenic effects, proliferation, differentiation, and the production of pro-angiogenic cytokines and growth factors in primary endothelial cells (HUvECs) [2]. As shown recently, RGD and GHK peptides when immobilized on the liposomal surface have the joint potential in enhancing intracellular drug delivery [3]. Our results suggest an effective methodology for the development of advanced synthetic oligopeptide based soft biomaterials. The study was supported by the Russian Science Foundation, project No. 22-74-00082 and by the subsidy allocated to Kazan Federal University for the state assignment in the sphere of scientific activities (project FZSM-2022-0020).
References:
1. Luong T.D., Zoughaib M., Garifullin R., et al. ACS Appl. Bio Mater.
2020. V. 3. P. 1116
2. Zoughaib M., Luong D., Garifullin R., et al. Mater. Sci. Eng. C.
2021. V. 120. P. 111660
3. Zoughaib M., Pavlov R., Gaynanova G. et al. Materials Advances.
2021. V. 2. P. 7715.
УЧАСТИЕ ТРАНСКРИПЦИОННЫХ ФАКТОРОВ NRF2, HIF, CAR И PXR В РЕГУЛЯЦИИ Р-ГЛИКОПРОТЕИНА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА НА КЛЕТКАХ ЛИНИИ САСО-2
Ю.В. Абаленихина, А.В. Щулькин, П.Д. Ерохина, П.Ю. Мыльников, Е.Н. Якушева
ФГБОУ ВО РязГМУ Минздрава России, Рязань, Россия
e-mail: abalenihina88@mail.ru
Ключевые слова: Р-гликопротеин, окислительный стресс, вестерн-блот, клетки линии Сасо-2, Nrf2, HIF-1a, CAR, PXR.
Р-гликопротеин (Pgp, АВСВ1) — АТФ-зависимый белок-транспортер, участвующий в транспорте эндогенных и экзогенных веществ. Известно, что активность и экспрессия Pgp может изменяться под воздействием ряда веществ и факторов. Настоящее исследование посвящено изучению механизмов регуляции Pgp при развитии окислительного стресса (ОС).
Работа выполнена на линии клеток аденокарциномы ободочной кишки человека (Caco-2) (ЦКП «Коллекция культур клеток позвоночных», Санкт-Петербург, Россия). В ходе эксперимента были смоделированы — экзогенный (добавление пероксида водорода в концентрациях 0,1-100 мкМ, 72 ч) и эндогенный ОС (D,L-бутионинсульфоксимин в концентрациях 1-500 мкМ, 24 ч). Оценку роли транскрипционных факторов проводили с применением соответствующих ингибиторов: для Nrf2 — AEM1 («Sigma Aldrich», Германия) в концентрации 5 мкМ [1]; HIF1 — KC7F2 («Sigma-Aldrich», Германия) в концентрации 7,5 мкМ [2]; CAR — CINPA 1 («Tocris», Великобритания) в концентрации 10 мкМ [3]; PXR — кетоконазол, 10 мкМ («Sigma Aldrich», Германия) [4]. Гиперпродукцию АФК под действием используемых про-оксидантов подтверждали с помощью флуоресцентных зондов MitoTracker Red CM-H2 XRos («Invitrogen», США). Определение относительного количества Pgp в клетках линии Сасо-2 проводили методом вестерн-блот. Полученные результаты анализировали с помощью программного обеспечения GraphPad Prism 8.
Экспозиция клеток линии Сасо-2 с H2O2 приводила к генерации АФК через 3 ч, а при воздействии БСО — 24 ч. Развитие экзогенного и эндогенного ОС приводит к увеличению относительного количества Pgp. С помощью применения специфических ингибиторов установлено, что при повышении количества Pgp в условиях моделирования экзогенного ОС пероксидом водорода, вероятно, первостепенная роль принадлежит сигнальному пути Nrf2-keap1, который принимает участие в регуляции белка-транспортера при длительности воздействия 24 и 72 ч. Транскрипционный фактор HIF1 участвует в регуляции Pgp при воздействии H2O2 в течение 24 ч, а транскрипционный фактор CAR — при длительности инкубации 72 ч. PXR, видимо, не вносит существенный вклад в регуляцию белка-транспортера при данной модели. В условиях моделирования эндогенного ОС все протестированные транскрипционные факторы и сигнальные пути участвуют в индукции Pgp. Скорее всего, это связано с бимодальным влиянием БСО на Pgp: с одной стороны он вызывает развитие ОС, с другой стороны, являясь ксенобиотиком, может стимулировать PXR и CAR, которые, в свою очередь, повышают экспрессию Pgp.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-1856.2020.7.
Литература:
1. Bollong M.J., Yun H., Sherwood L., Woods A.K., Lair-son L.L., Schultz P.G. ACS Chemical Biology. 2015. V. 10. № 2193-2198.
2. Ke Q., Costa M. Hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) Mol Pharmacol. 2006. V.70.P. 1469-80.
3. Cherian M.T., Lin W., Wu J., Chen T. Mol Pharmacol. 2015. V. 87. № 5. Р. 878-89.
4. Kota B.P., Tran V.H., Allen J., Bebawy M., Roufogalis B.D. Pharmacol Res. 2010. V. 62. Р. 426-431.
ВЛИЯНИЕ ИНГИБИРОВАНИЯ YAP — СИГЛАЛИНГА НА КОНТРАКТИЛЬНУЮ СПОСОБНОСТЬ ФИБРОБЛАСТОВ ЧЕЛОВЕКА В МОДЕЛИ ЭКВИВАЛЕНТА ДЕРМЫ
Д.С. Аболин1, 2, О.С. Роговая1, Е.П. Калабушева1, Е.А. Воротеляк1
1 Институт биологии развития им. НК. Кольцова РАН, Москва, Россия
2 Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
e-mail: danilabolin@mail.ru
Ключевые слова: Фибробласты, дерма, фиброзный рубец, коллагеновый гель, 3й-культивирование клеток, YAP, YAP-сигналинг, вертепорфин.
Кожные раны обычно заживают через фиброзный процесс с образованием деформаций — шрамов. Фибробласты (ФБ) глубоких слоев дермы в ответ на повреждение активируются и реагируют увеличением секреции коллагена для быстрого закрытия дефекта, при этом рана сжимается (контрактирует). Увеличение жесткости внеклеточного матрикса (ВКМ) в процессе рубцевания влияет на изменение состояния ФБ, тем самым запускается «петля обратной связи»: с одной стороны, активация ФБ влияет на жесткость ВКМ, а изменения в жесткости ВКМ запускает активацию ФБ, втягивая в процесс все больше клеток. Понимание клеточных и биохимических механизмов фиброза кожи позволит выявить мишени для медикаментозного ингибирования фиброза.
Цель работы: исследовать возможность ингибирова-ния формирования рубца в модели контракции коллаге-нового геля клетками дермы.
Было показано, что дермальные ФБ в нормальной коже экспрессируют белок YAP преимущественно в цитоплазме. В рубце происходит активация YAP-сигналинга, что увеличивает накопление данного белка в клеточных ядрах [1, 2]. При культивировании клеток в стандартной двухмерной культуре — на пластике их фенотип изменен, при этом помещение клеток в коллагеновый гель возвращает им нормальный фенотип. Исходя из этого, мы предположили, что модель трехмерного геля более адекватна для проверки влияния на поведение клеток лекарственных средств, в частности вертепорфина (ВП). ВП использовали как ингибитор YAP-сигналинга [3]. Внесенный в культуральную среду в на 1 сутки он не токсичен для ФБ культивируемых на пластике и не влияет на экспрессию маркеров PDGFRa, Yap и SM22a. Доля клеток экспрессирующих маркер пролиферирующих клеток Ki67 сразу после воздействия снизилась с 22,6% до 5,8%, восстановление до контрольных значений наблюдали через 7 суток. Было выявлено, что при временном внесении ВП на контрактирующий коллагено-вый гель происходит ингибировние активации Yap, что проявляется в отсутствии данного белка в ядрах. Также
происходит ингибирование экспрессии профибротиче-ского маркера SM22a и замедление контракции геля.
Таким образом ВП ингибирует переход ФБ в фиброзный фенотип в коллагеновом геле, что снижает его контракцию. Это дает нам основания предполагать, что ВП может быть рассмотрен, как компонент лекарственных средств, направленных на предотвращение образования рубца.
Литература:
1. Raghunathan, Vijay Krishna et al. Investigative ophthalmology & visual science vol. 54,1 378-86. 14 Jan. 2013.
2. Liu F. et al. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 2015. Vol. 308, № 4. P. L344-L357.
3. Shi-Wen X, Racanelli M, Ali A et al. J Cell Commun Signal. 2021 Mar;15(1):71-80.
ХАРАКТЕРИСТИКА МОДЕЛИ ОСТЕОМИЕЛИТА НА СЕГМЕНТАРНОМ ДЕФЕКТЕ БЕДРЕННОЙ КОСТИ У КРЫС
С.М. Авдокушина, Е.О. Стаценко, А.А. Ергешов
Казанский (Приволжский) Федеральный Университет, Казань, Россия
e-mail: sveta.avdokushina@gmail.com
Ключевые слова: модель остеомиелита, бедренная кость, остеозамещающие материалы, компьютерная микротомография.
Остеомиелит — инфекционный гнойно-некротический процесс в кости — является одним из наиболее тяжелых и опасных осложнений, связанных с имплантацией ортопедических устройств и остеозамещающих материалов. Местный остеомиелит часто обусловлен образованием бактериальных биопленок на имплантируемых материалах, сопровождается инфицированием прилегающих костных тканей с последующим остеолизом и отторжением имплантата. Актуальной задачей является разработка удобных и информативных in vivo моделей для оценки антибактериального и регенеративного действия остеозамещающих материалов.
С учетом имеющихся данных литературы оптимизирована модель сегментарного дефекта бедренной кости у крыс, формируемого на латеральной поверхности между проксимальной частью бедренного сустава и гребнем. После обеспечения доступа к кости на ней хирургически проделывали прямоугольный дефект размером ~0,5х0,2 см. Инфицирование проводили путем нанесения и распределения в объеме раны ночной культуры Staphylococcus aureus (10 мкл, 105 КОЕ/мл). Экспериментальные остеозамещающие материалы в форме порошка массой не более 100 мг имплантировали в область дефекта.
С использованием компьютерной микротомографии (микро-КТ) получены и проанализированы Эй-изображения в области костных дефектов в период проведения острого эксперимента (до 30 дней). Сравнительный анализ проводили посредством математических методов оценки объема костной ткани, ее плотности, толщины и других характеристик с помощью программы Image J (Fiji, plug-in BoneJ). Измерения показали, что исследуемая область кости имеет почти цилиндрическую форму, что способствует более точному расчету параметров кости. Кроме того, измерения показали воспроизводимость объема формируемого дефекта в исследуемой области кости. В период с 14 по 30 сутки
