Interfax-Russia.ru – Сибирские ученые разработали искусственные сосуды и хрящи, которые после формирования новой ткани будут "растворяться" в организме.
Созданием протезов для замены поврежденных сосудов и хрящей сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из НИИ патологии кровообращения им. Е.Н. Мешалкина занимаются уже на протяжении полутора лет. Для "выращивания" искусственной ткани используется так называемый метод электроспиннинга, известный еще со времен Второй мировой войны. Правда, в те годы при помощи данной технологии изготавливались не медицинские протезы, а фильтры и детали респираторов.
"Мне понравилась эта технология, потому что она позволяет получать волокно диаметром от 10 нанометров до нескольких микрон из раствора полимеров, а это значит, что в исходный материал можно ввести любой элемент, растворить два полимера или лекарство. Еще волокно можно изготовить разное по свойствам, например, если взять биодеградируемый материал, то подобная конструкция со временем растворится в организме", - сообщил заведующий лабораторией молекулярной медицины ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Павел Лактионов.
По словам ученого, процесс создания искусственного сосуда выглядит следующим образом: из филлера (наполнителя) выдавливается раствор. Вещество попадает в электрическое поле, где из него вытягивается нить, которая ложится на второй электрод. Последний вращается до тех пор, пока из него не получится трубка – фактически готовый протез сосуда. Что же касается хрящей, то для их изготовления технология электроспиннинга применяется совместно с фотополимеризацией.
"Мы научились делать собственно протезы, решили проблему с пористостью: умеем создавать непористые слои внутри и таким образом регулировать клеточную миграцию по стенке протеза. Можем изготовить искусственные сосуды с необходимыми механическими свойствами и вводить элементы жесткости в эту конструкцию. Естественно такая работа была бы невозможна без НИИ патологии кровообращения им. Е.Н. Мешалкина, потому что экспериментальная база исследования находится там", - отметил Лактионов.
По его словам, в настоящее время разработка находится на стадии доклинических испытаний. Специалисты заменили брюшную аорту (ее внутренний диаметр всего 1,7 мм, а стенка - примерно 150 микрон) уже 35 крысам. Предполагается, что с протезом длиной примерно 1 см каждая из них сможет ходить около 3 месяцев, что, учитывая продолжительность ее жизни, достаточно длительный срок. Затем протез из организма животного будет удален.
"Гиалиновый хрящ (хрящ суставных поверхностей) очень плохо регенерирует: обычно хрящевая ткань заменяется фиброзной, которая плохо выполняет функции в суставе. Это связано со структурой и составом тех клеток, которые должны восстанавливаться. Для решения этой задачи мы предложили использовать гибридный материал: он состоит частично из листов, сделанных методом электроспиннинга: в их исходных материал вводятся компоненты, заставляющие клетки восстанавливаться. Эти листы скрепляются фотополимером и заливаются специальным биогелем, сделанным из тех же белков и полисахаридов, входящих в состав хряща. Затем эта структура полимеризуется и получается "заплатка", - пояснил ученый.
Помимо крыс ученые также проводят эксперименты и на кроликах. В настоящее время одному из животных по той же технологии исследователи заменяют коленный сустав.
"Клетки хрящевой ткани за минуту не восстановятся, это займет несколько месяцев. И есть надежда, что материал, который мы изготавливаем, сразу будет выполнять нагрузочную функцию", - отметил Павел Лактионов.
Похожие исследования проводятся и в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН. К примеру, недавно его сотрудники совместно со специалистами Томского госуниверситета (ТГУ) и ЗАО "Биомедицинские технологии" (Москва) разработали керамические протезы человеческих костей, которые не отторгаются организмом.
Чтобы такие протезы было легче "внедрились" в человеческий организм, их наделяют специальными свойствами. Этим физики занимаются совместно с химическим факультетом ТГУ, в частности, кафедрой высокомолекулярных соединений и нефтехимии и лабораторией каталитической химии. Например, можно сделать так, чтобы керамическая кость смачивалась одной жидкостью и не смачивалась другой, реагировала на одни препараты и была инертна к другим.
Затем, к процессу подключаются уже медики и биологи. Они высеивают на поверхность керамических образцов клетки и наблюдают за их размножением. Если клетки чувствуют себя хорошо и активно начинают вырабатывать кальций-фосфатные соединения, то такой материал имеет все шансы стать заменителем природной кости.
К настоящему времени томские ученые уже изготовили из нанокерамики протезы мелких суставов (пальцев кисти и ноги) и провели их доклинические испытания.
Сегодня ученые способны создавать не только готовые протезы, но и выращивать отдельные живые клетки. Одним из учреждений, где ведутся подобные исследования, является Дальневосточный федеральный университет.
"Этот комплекс научного оборудования нацелен на то, чтобы создать центр по разработке новых лекарств и медицинских технологий, базирующихся на клеточных технологиях", - сообщил Interfax-Russia.ru заведующий лабораторией биомедицинских клеточных технологий школы биомедицины ДВФУ, руководитель образовательной программы "Медицинская биохимия" Вадим Кумейко.
Так, за выращивание и поддержание жизнеспособности клеток отвечает роботизированная система автоматического культивирования клеток. Полученные клетки могут быть использованы для создания и тестирования новых лекарственных препаратов, новых биосовместимых материалов для имплантации, а также новых медицинских технологий.
Вторая часть лабораторного комплекса - интеллектуальная система автоматического наблюдения и анализа клеток позволяет тестировать на выращенной биомассе новые лекарства и медицинские технологии.
"Этот прибор позволяет анализировать клетки, выращенные предыдущим роботом. Причем устройство способно автоматически следить за судьбой каждой клетки, например, после того, как в нее были добавлены какие-то вещества (потенциальные лекарства). Для этого у него есть специальная система распознавания образа, так называемая технология машинного зрения", - пояснил ученый.
Проанализировав тот или иной сегмент, при помощи графика или даже видеоролика система показывает, сколько клеток и какие их виды умерли или, напротив, размножились под воздействием определенного препарата.
Третий же прибор, входящий в состав научного комплекса, - система глубокого оптического имиджинга биоматериалов - позволяет тестировать потенциальные новые лекарства и биоматериалы не только на клетках, но и на живых животных.
Система позволяет изучать поведение клеток, судьбу отдельных молекул и клеточных рецепторов и даже заглянуть в ткани живого организма. Причем, по словам Кумейко, такое вмешательство не будет иметь для клеток или лабораторных животных никаких негативных последствий. Напротив, во время исследования система даже защитит последних от возможных отрицательных воздействий окружающей среды.
Обозреватель Наталья Пономарева
Присоединяйтесь к Interfax-Russia в "Twitter‘е", "Вконтакте" и на "Facebook"
