Специалисты Университета науки и технологий МИСИС представили биоэквиваленты мышечной ткани. В будущем разработка может применяться для тестирования медицинских препаратов и регенерации мышц.
При обширных повреждениях скелетной мышечной ткани, составляющих более 20% от первоначальной массы мышцы, она теряет способность восстанавливаться. В медицине в таких случаях применяется аутотрансплантация — пересадка собственных тканей пациента. Однако донорский участок может быть недостаточно большим, а функциональность тканей частично или полностью утраченной. Альтернативой может быть имплантация синтетического биоэквивалента мышечной ткани, полученного лабораторным способом. Над созданием таких материалов работают специалисты НИТУ МИСИС.
«Чтобы в будущем создавать индивидуальные мышечные имплантаты для пациентов с тяжёлыми травмами, требуются ещё годы исследований, — рассказала доктор биологических наук, кандидат химических наук Елизавета Кудан, заведующая лабораторией тканевой инженерии и регенеративной медицины НИТУ МИСИС. — Но первые лабораторные результаты уже открывают хорошую перспективу. Полученные нами биомиметические материалы, в объёме которых распределены не одиночные клетки, а трёхмерные клеточные структуры — сфероиды, могут стать хорошим фундаментом для направленного роста миобластов и формирования миотрубок».
Особенность технологии заключается в получении конструктов с ориентированными микроволокнами и распределёнными в объёме сфероидами. Это шарообразные структуры, в которых клетки тесно связаны друг с другом за счёт белков внеклеточного матрикса (сложной сети молекул, окружающей клетки), обмениваются различными сигнальными молекулами и развиваются, как в естественной ткани.
Выбор оптимальной концентрации клеток для формирования сфероидов зависит от нескольких факторов. При очень большой концентрации клеток на сфероид высокая плотность ткани будет достигнута быстрее. Но в то же время наличие большого диаметра у сфероида с плотно упакованными клетками может привести к гипоксии (недостатку кислорода) в его центре. Также очень большая концентрация клеток в сфероиде приводит к его утяжелению, вследствие чего он будет быстро оседать в шприце с полимером-носителем в процессе электроформования, и получится неравномерное распределение биокомпонентов в трёхмерном матриксе.
Одна из сложных задач — выбрать полимеры для электроформования, чтобы создать тканеинженерный конструкт. Материалы должны быть биосовместимыми, биодеградируемыми и электропроводными. Чтобы включить сфероиды в структуру, необходим водорастворимый полимер. При этом конструкция должна сохранять целостность в процессе культивирования клеток, чтобы впоследствии сформировалась ткань.
«Электроформование полимеров с инкапсулированными сфероидами — это инновационный подход для получения конструктов, которые способны обеспечить направленный клеточный рост и стимулировать стадии миогенеза, — сообщила выпускница программы «Биоматериаловедение iPhD» НИТУ МИСИС Екатерина Иванцова. — Это связано с синергетическим эффектом усиленного взаимодействия клеток друг с другом и с анизотропным волокнистым матриксом».
Разработка биомиметических тканей уже сейчас открывает новые возможности для высокопроизводительного и персонализированного тестирования лекарственных препаратов. Это позволит сократить необходимость в испытаниях на животных, ускорить успешное внедрение лекарств, оптимизировать результаты лечения пациентов. При дальнейшем развитии технология может привести к возможности регенерации мышц.
«На счету учёных Университета МИСИС — ряд прорывных разработок, способных значительно улучшить качество жизни миллионов людей, — прокомментировала разработку ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова. — Биоинженерия — это высокоперспективный терапевтический подход к созданию индивидуальных для пациента биоэквивалентов мышечной ткани, которые помогут улучшить мышечную функцию, стимулировать регенерацию, снизить потребность в донорском материале».