Немец Евгений Абрамович
123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1
Evgeny A. Nemets
1, Shchukinskaya str., Moscow, 123182
Лажко Алексей Эдуардович
Москва
Aleksej E. Lazhko
Moscow
Григорьев Алексей Михайлович
Москва
Aleksej M. Grigoryev
Moscow
Белов Вячеслав Юрьевич
Москва
Vjacheslav Yu. Belov
Moscow
Сургученко Валентина Александровна
Москва
Valentina A. Surguchenko
Moscow
Басок Юлия Борисовна
Москва
Yulija B. Basok
Moscow
Кириллова Александра Дмитриевна
Москва
Aleksandra D. Kirillova
Moscow
Севастьянов Виктор Иванович
Москва
Viktor I. Sevastianov
Moscow
Цель. Исследовать эффективность сверхкритического диоксида углерода (ск-СО2) для снижения цитотоксичности биополимерных скаффолдов из биодеградируемых материалов и тканеспецифических скаффолдов из децеллюляризованных фрагментов печени свиньи (ФПс) или мелкодисперсных частиц хряща свиньи (МДЧХс).
Материалы и методы. Биополимерные скаффолды из композиции сополимера поли(оксибутирата-со-оксивалерата) и желатина, диаметром 4 мм и длиной 80 мм формировали методом электроспиннинга (NANON-01A, MECC CO, Япония) и стабилизировали в парах глутарового альдегида в течение 48 ч при комнатной температуре. Для децеллюляризации ФПс и МДЧХс инкубировали при периодическом перемешивании в буферных (рН = 7,4) растворах додецилсульфата натрия (0,1%) и Triton Х-100 с повышающейся концентрацией (1, 2 и 3%). Обработку в атмосфере ск-СО2 проводили при давлении 150–300 бар, температуре 35 °С, скорости потока ск-СО2 0,25–2,5 мл/мин в течение 8–24 ч. В качестве модификатора полярности применяли этанол в концентрации 10%. Цитотоксичность оценивали согласно межгосударственному стандарту ГОСТ ISO 10993-5-2011. Исследование пролиферации фибробластов мыши линии NIH/3T3 в присутствии образцов проводили с применением интерактивной оптической системы IncuCyte Zoom.
Результаты. Исследовано влияние скорости потока и давления ск-СО2, а также добавление этанола на снижение цитотоксичности скаффолдов. Установлено, что обработка при низкой скорости потока ск-СО2 (0,25 мл/мин) не приводит к требуемым значениям цитотоксичности. Полного отсутствия цитотоксичности биополимерных скаффолдов удается достичь в присутствии 10% этанола, при скорости потока ск-СО2 2,5 мл/мин, давлении 300 бар, температуре 35 °С после 8 ч обработки. Эффективное удаление цитотоксичных детергентов из децеллюляризованной печени происходит уже при давлении 150 бар и не требует применения этанола. Добавление этанола к ск-СО2 позволяет устранить не только цитотоксическое, но и цитостатическое действие тканеспецифических скаффолдов.
Заключение. Обработка ск-СО2 является эффективным способом снижения цитотоксичности трехмерных пористых матриксов, получаемых с применением цитотоксических веществ: бифункциональных сшивающих агентов для биополимерных скаффолдов и поверхностно-активных веществ в случае тканеспецифических матриксов. Добавление этанола в качестве модификатора полярности позволяет повысить эффективность обработки за счет устранения как цитотоксического, так и цитостатического эффекта.
Objective: to investigate the efficacy of supercritical carbon dioxide (sc-CO2) for enhancштп the biocompatibility of biopolymer scaffolds from biodegradable materials and tissue-specific scaffolds from decellularized porcine liver slices (PLSs) or fine porcine cartilage particles (FPCPs).
Materials and methods. Biopolymer scaffolds of a polyoxy(butyrate-co-valerate) and gelatin copolymer composition, 4 mm in diameter and 80 mm in length, were formed by electrospinning (NANON-01A, MECC CO, Japan) and stabilized by incubation in glutaraldehyde vapor for 48 hours at room temperature. For decellularization, PLSs and FPCPs were incubated under periodic stirring in buffer (pH = 7.4) solutions of sodium dodecyl sulfate (0.1%) and Triton X-100 with increasing concentrations (1, 2, and 3%). Treatment in a sc-CO2 atmosphere was done at 150–300 bar pressure, 35 °C temperature, and 0.25–2.5 mL/min flow rate of sc-CO2 for 8–24 hours. 10% ethanol was introduced as a polarity modifier. Cytotoxicity was studied according to GOST ISO 10993-5-2011. The growth of NIH/3T3 in the presence of samples was studied using an interactive optical system IncuCyte Zoom.
Results. The effect of the sc-CO2 flow rate and pressure, and the effect of addition of ethanol, on the biocompatibility of scaffolds was investigated. It was found that treatment at a low sc-CO2 flow rate (0.25 mL/min) does not achieve the required cytotoxicity. Complete absence of cytotoxicity in biopolymer scaffolds was achieved in the presence of 10% ethanol, at a sc-CO2 flow rate of 2.5 mL/min, 300 bar pressure and 35 °C temperature after 8 hours of treatment. Effective removal of cytotoxic detergents from decellularized liver occurs already at a 150-bar pressure and does not require the addition of ethanol. Adding ethanol to sc-CO2 eliminates not only the cytotoxic, but also the cytostatic effect of tissue-specific scaffolds.
Conclusion. Sc-CO2 treatment is an effective way to enhance the biocompatibility of three-dimensional porous matrices produced using cytotoxic substances: bifunctional crosslinking agents for biopolymer scaffolds and surfactants in the case of tissue-specific matrices. Addition of ethanol as a polarity modifier improves the treatment efficiency by eliminating both cytotoxic and cytostatic effects.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.