Восстановление органов и тканей после травм или патологий — актуальная проблема. В мировой науке активно ищут новые материалы и технологии для создания биосовместимых матриц, которые должны быть безопасными и обладать высокой биосовместимостью в силу постоянного контакта с живыми клетками.
Учёные Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ) разработали бюджетную технологию для создания универсальных биосовместимых матриц с выдающейся влагоёмкостью. Эти матрицы способны способствовать размножению клеток костной и мягких тканей и, по мнению исследователей, могут быть применены в клеточных технологиях, тканевой инженерии и хирургии. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в International Journal of Biological Macromolecules.
Ученые использовали бактерии для создания целлюлозных каркасов, модифицированных желатином. Анализы показали, что каркасы состоят из кристаллической целлюлозы I. Модификация включала нагревание с желатином, что улучшило их свойства. Каркасы обладают высокой растворимостью, способствуя их разложению в организме. Различные тесты, включая микроскопию и эксперименты с животными, подтвердили их безопасность и эффективность для создания твердых и мягких тканей.
«Мы разработали простую и эффективную технологию получения матриц на основе бактериальной целлюлозы модифицированной желатином. Она включает в себя все этапы, начиная с выращивания продуцента, очистки целлюлозы, её модификации и заканчивая конструированием матриц», – рассказал ведущий научный сотрудник медико-биологического факультета СКФУ Игорь Ржепаковский.
По его словам, помимо биосовместимости, подобные матрицы должны обладать высоким уровнем влагоёмкости и пористости с преобладанием открытых пор. Научной группе удалось решить эту задачу.
«Полученные биосовместимые матрицы приобрели уникальные свойства: высокий уровень влагоёмкости (больше 5000%) и размер пор, который позволяет размножаться и дифференцироваться клеткам как мягких тканей, так и костной ткани. Важно отметить, что продукты гидролиза желатина стимулируют развитие кровеносных сосудов в регенератах тканей, что также приводит к ускоренному их восстановлению», – пояснил Ржепаковский.
Несмотря на перспективное применение в клеточных технологиях, тканевой инженерии и хирургии, учёным предстоит масштабирование технологий, проведение доклинических и клинических исследований перед внедрением в медицинскую практику.
В статье также отмечают активный поиск новых источников биоматериалов и совершенствование технологий получения трехмерных каркасов с высокой биосовместимостью и минимальной иммунной реакцией. Ученые подчеркивают важность биодеградируемости материалов (искусственно разработанные пластины, винты, пины, сетки, которые используются для выравнивания и фиксации при переломах, остеотомии, артродезах и полностью рассасываются в организме) в тканевой инженерии, но также выделяют необходимость в небиодеградируемых (это вещества, которые не могут быть разложены или расщеплены микроорганизмами и другими живыми организмами), но биосовместимых каркасах. Отмечается повышенный интерес к целлюлозе из растительного или бактериального источника, особенно к бактериальной целлюлозе (BC). Основные характеристики BC обсуждаются, подчеркивая ее преимущества перед растительной целлюлозой.
При изучении безопасности и биосовместимости были применены клеточные технологии и проведены эксперименты на лабораторных животных. В будущем учёные планируют изучить возможности использования полученного материала для целенаправленного восстановления различных тканей.