Сотрудники Института цитологии Российской академии наук (ИНЦ РАН) и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе впервые синтезировали композитный материал, объединяющий коллаген и нетоксичный природный полимер – карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ). Этот материал может быть использован в качестве платформы для доставки клеточного материала при трансплантации. Полученные гели по ряду параметров демонстрируют лучшие показатели по сравнению с материалами, которые сегодня широко используются в медицине. О результатах исследования сообщается в научной публикации International Journal of Biological Macromolecules (Elsevier B.V.).
Коллаген первого типа – один из ключевых белков внеклеточного матрикса, который обнаруживается практически во всех органах и тканях организма. Благодаря своим свойствам он часто применяется при изготовлении матриц, или скаффолдов – структур, служащих основой для размещения различных клеточных популяций. Из этих скаффолдов формируются тканеинженерные конструкции, разработанные для регенерации поврежденных органов и тканей.
Существует определенная сложность, связанная со сжатием коллагенового геля клетками в процессе их выращивания на трехмерном каркасе. Недостаточная эластичность коллагенового геля заставляет клетки принимать округлую форму, что негативно сказывается на их способности к размножению. Также снижается их способность к синтезу белков внеклеточного матрикса, и, как следствие, к формированию структуры, воспроизводящей естественную ткань и способствующей восстановлению тканей после имплантации в зону поражения.
«Впервые для решения данной задачи был разработан композитный гель, основу которого составляют коллаген I типа и природный полимер – карбоксиметилцеллюлоза. Полученный гель не только не хуже, но и лучше по ряду параметров, чем гель, созданный исключительно на основе коллагена I типа», — отмечает ведущий научный сотрудник, руководитель группы тканевой инженерии ИНЦ РАН Юлия Нащекина .
Согласно исследованиям, проведенным Институтом нанотехнологий и наноматериалов РАН, включение 5% КМЦ положительно влияет на размножение и перемещение клеток на поверхности коллагеновых композитных гелей.
Проведенные исследования выявили, что через три недели культивирования клеток сократимость композитных гелей значительно уступает показателям аналогов, созданных исключительно на основе коллагена. Анализ образцов гелей, содержащих клетки, с использованием иммуногистохимии показал равномерное распределение фибронектина, синтезированного клетками, по всему объему материала. Это позволяет предположить, что разработанный композитный гель может служить основой для создания новой ткани in vitro).
«Следовательно, наша разработка способна предложить эффективную замену коллагеновому гелю, обладая при этом улучшенными свойствами. Этот гель уже широко применяется в клинической практике для культивирования и трансплантации клеток, происходящих из различных тканей. Помимо этого, наша разработка будет востребована для задач длительного культивирования клеток в трехмерной структуре, обеспечивая сохранение ее целостности с целью синтеза новых компонентов внеклеточного матрикса, а также малых молекул, демонстрирующих терапевтический потенциал», — заключает Юлия Нащекина.
Данное исследование стало частью масштабного сотрудничества между учеными ИНЦ РАН и Физическим институтом имени А.Ф. Иоффе, целью которого является разработка новых и адаптация уже существующих скаффолдов – конструкций, служащих базой для тканеинженерных решений, используемых для восстановления тканей в регенеративной медицине. Работа проводилась при поддержке гранта Российского научного фонда ( № 21-74-20120-П).
Пресс-служба Института цитологии Российской академии наук предоставила информацию и фотографии