Новая технология создания биочернил поможет «выращивать» в лаборатории ткани для конкретного пациента и при этом позволит активировать регенерацию и регуляцию воспаления. Также инновационный состав пригоден для транспортировки и хранения, что ускорит внедрение в клиническую практику пересадку пациентам тканеинженерных органов. Сейчас ученые готовятся напечатать из нового вещества первые имплантаты пародонтального комплекса. Разработка — важный шаг к стандартизированной биопечати органов на заказ, рассказали «Известиям» специалисты.
Что такое секретом стволовых клеток
Исследователи Сеченовского университета разработали биочернила на основе гидрогеля, обогащенного секретомом мезенхимных стволовых клеток (МСК), который стимулирует миграцию клеток и регулирует воспаление. МСК обладают сильным регенеративным и иммуномодулирующим потенциалом, но использование их напрямую в терапии связано с проведением длительных дорогостоящих разработок и созданием особых условий для их хранения и транспортировки, рассказали «Известиям» в вузе.
Поэтому исследователи всё чаще обращаются к секретому МСК — комплексу биологически активных веществ, которые синтезируют эти клетки. Это вещество влияет на миграцию клеток, регулирует воспаление, но не содержит самих МСК, что упрощает получение, хранение и транспортировку продукта на его основе. Однако пока не существует единого протокола производства секретома, а изменение условий роста клеток существенно меняет его состав, отмечают ученые.— Мы проанализировали секретом МСК из разных источников при различных условиях культивирования клеток и разработали способ его получения с выраженной биологической активностью, — рассказала научный сотрудник Института регенеративной медицины Сеченовского университета Настасья Кошелева. — Инкапсуляция в биосовместимый гидрогель позволяет сохранить биологическую активность компонентов и обеспечить воспроизводимость результата, что критически важно для будущего клинического применения.
Разработанный гидрогель стал основой биочернил для биофабрикации тканеинженерных конструктов, то есть технологии искусственного выращивания функциональных тканей и органов вне человеческого организма. В ближайших планах ученых — печать тканей пародонтального комплекса.
Исследование стало частью системной работы университета по созданию технологии получения органов на заказ. Ранее в рамках того же гранта ученые получали и характеризовали первичные культуры клеток ротовой полости, формировали из них органоиды и разрабатывали персонализированные коллагеновые мембраны для регенерации тканей. Новый гидрогель дополняет линейку биочернил, предлагая стандартизированный способ доставки биологически активных компонентов.
Производство биочернил в России и мире
Направление биопринтинга в России сегодня одно из самых востребованных и перспективных, но одна из основных проблем на пути печати органов и тканей — это разработка биочернил, главными компонентами которых становятся гидрогели и клетки человека, рассказала «Известиям» директор НИИ БиоТех СамГМУ, эксперт рынка НТИ «Хелснет» профессор Лариса Волова.
— К ним предъявляется очень много требований, и поиском их оптимального состава занимается ряд исследователей. В Сеченовском университете ведутся работы с использованием стволовых клеток. Разработанная коллегами технология производства биочернил на основе гидрогеля, обогащенного секретомом МСК, очень интересна, перспективна и может стать важным этапом развития биопечати в нашей стране и в мире, — отметила профессор.
Технология биочернил с заданной биологической активностью — это ключевой шаг для 3D-биопечати тканей и органов. Именно такие материалы позволяют не просто формировать объемные конструкции, а создавать функциональные тканеинженерные заготовки, которые способны направлять поведение клеток, стимулировать регенерацию и снижать воспаление, подчеркнул в разговоре с «Известиями» руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан Альберт Ризванов. В этом контексте работы ученых Сеченовского университета полностью укладываются в мировые тренды биофабрикации и персонализированной регенеративной медицины.— Принципиально важно и то, что в биочернилах используется секретом стволовых клеток. Сегодня существуют две основные концепции действия клеточной терапии. Первая — заместительная, предполагающая, что трансплантированные клетки встраиваются в ткань и замещают утраченные. Вторая — паракринная, согласно которой основной эффект обеспечивается не самими клетками, а факторами, на которые они влияют. Секретом мезенхимных стволовых клеток как раз и представляет собой «эссенцию» этой паракринной активности — сочетание факторов роста, цитокинов и везикул, обеспечивающих регенеративный и иммуномодулирующий эффект без применения живых клеток, что значительно упрощает клиническую и технологическую реализацию таких подходов, — сказал эксперт.
Результаты работы, поддержанной грантом Министерства науки и высшего образования, были представлены на Конференции международного общества тканевой инженерии и регенеративной медицины в Китае — одном из ключевых форумов Азиатско-Тихоокеанского региона по регенеративной медицине, биоматериалам и тканевой инженерии.