Коллективы научно-образовательных центров Томского политехнического университета Н.М. Кижнера и Б.П. Вейнберга разработали новый, эффективный метод нанесения белков на имплантаты из полимера молочной кислоты. С его помощью можно значительно ускорить процесс регенерации поврежденных тканей кровеносных сосудов или хрящей человека. Результаты проведенных исследований опубликованы в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (Q1, IF=3.997).
Фото: Семен Горенинский рядом с коллектором, в котором создают скаффолды.
Разработка политехников относится к области регенеративной медицины, которая предусматривает восстановление утраченных органов или тканей.
В статье описан простой и эффективный метод нанесения желатина на поверхность волокон из полимолочной кислоты, которые предварительно обрабатываются смесью органических растворителей — толуола и этанола. Конструкции из этих волокон — скаффолды — являются каркасом для роста здоровых клеток, их имплантируют вместо поврежденной ткани.
Они изготавливаются с помощью электроспиннинга — вытягивания из раствора тонких полимерных волокон (диаметром от сотен нанометров до нескольких микрон) под действием электрического поля. Их наматывают на коллектор (специальный цилиндр), обрабатывают растворителями, а затем опускают в желатин для улучшенной биосовместимости.
«Нанесение белковых молекул, в частности, желатина — позволяет ускорить процесс восстановления ткани, поскольку так клетки лучше прикрепляются к материалу, распространяются и врастают в него. При этом, желатин упрочняет скаффолд на 50% и способствует двукратному росту количества закрепленных на поверхности имплантата стволовых клеток и их средней площади»,
— рассказывает инженер лаборатории плазменных гибридных систем ТПУ Семен Горенинский.
Фото: Образец полученного в результате скаффолда.
Молодой ученый отмечает, что по сравнению с существующими методами, предложенная технология не требует дополнительного оборудования и обладает высокой ресурсоэффективностью.
«Наш метод основан на обработке скаффолда смесью органических растворителей, которые есть в каждой химической лаборатории. Для осуществления же других методов необходимы дорогостоящие плазменные установки и реактивы, — объясняет политехник. —
Используемая смесь толуола и этанола образует на поверхности волокон подраствореный слой полимера, по консистенции напоминающий желе или студень. Он способен захватывать различные молекулы из внешней среды. Поэтому, когда будущий имплантат помещают в раствор с желатином, максимальное количество белка закрепляется на его волокнах всего за пять минут. В то время как, применяя прежние методы, такого результата ученые добиваются долгие часы».
Если кратко описать весь метод, то сначала политехники получают скаффолды. Они изготавливаются с помощью электроспиннинга — вытягивания из раствора тонких полимерных волокон (диаметром от сотен нанометров до нескольких микрон) под действием электрического поля. Их наматывают на коллектор (специальный цилиндр), обрабатывают растворителями, а затем опускают в желатин для улучшенной биосовместимости.
Фото: Абстракт метода политехников
«Следующим этапом нашего исследования будет тестирование на животных — а именно вшивание имплантатов в крысиную аорту. Пока мы ищем на это средства», — говорит Семен.
Добавим, что основная часть исследований была выполнена на базе лаборатории плазменных гибридных систем ТПУ под руководством Сергея Твердохлебова и Виктора Филимонова. Проект поддержан из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ. Биологические исследования на клетках человека проводились в Институте молекулярной биологии и генетики ФГБУ «НМИЦ им. В. А. Алмазова» Минздрава России на средства Российского фонда фундаментальных исследований.