vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2025-2-100-111vtio-1946Research ArticleРегенеративная медицина и клеточные технологииRegenerative Medicine and Cell TechnologiesРазработка и исследование биодеградируемых тканевых скаффолдов из натурального шелкаDevelopment and evaluation of biodegradable silk fibroin scaffoldsПодболотоваЕ. И.PodbolotovaE. I.

Подболотова Екатерина Игоревна

Москва, Долгопрудный

Moscow, Dolgoprudny

podbolotova.ei@phystech.eduКирсановаЛ. А.KirsanovaL. A.

Кирсанова Людмила Анфилофьевна

Москва

Moscow

lyudochkakirsanova@mail.ruКузнецоваЕ. Г.KuznetsovaE. G.

Кузнецова Евгения Геннадьевна

Москва

Moscow

kuzeugenia@yandex.ruГрудининН. В.GrudininN. V.

Грудинин Никита Владимирович

Москва

Moscow

zbignev.religa@mail.ruПашутинА. Р.PashutinA. R.

Пашутин Александр Романович

Москва, Долгопрудный

Moscow, Dolgoprudny

pashutin.ar@phystech.eduАгаповаО. И.AgapovaO. I.

Агапова Ольга Игоревна

Москва

Moscow

ocharmed@mail.ruЕфимовА. Е.EfimovA. E.

Ефимов Антон Евгеньевич

Москва

Moscow

antefimov@gmail.comНемецЕ. А.NemetsE. A.

Немец Евгений Абрамович

Москва

Moscow

evgnemets@yandex.ruБасокЮ. Б.BasokYu. B.

Басок Юлия Борисовна

 Москва

Moscow

bjb2005@mail.ruАгаповИ. И.AgapovI. I.

Агапов Игорь Иванович 

123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1

Igor I. Agapov

1, Shchukinskaya str., Moscow, 123182

igor_agapov@mail.ruФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)»РоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Russian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial OrgansRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)»РоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research UniversityRussian Federation202512072025272100111Copyright © Подболотова Е.И., Кирсанова Л.А., Кузнецова Е.Г., Грудинин Н.В., Пашутин А.Р., Агапова О.И., Ефимов А.Е., Немец Е.А., Басок Ю.Б., Агапов И.И., 20252025Подболотова Е.И., Кирсанова Л.А., Кузнецова Е.Г., Грудинин Н.В., Пашутин А.Р., Агапова О.И., Ефимов А.Е., Немец Е.А., Басок Ю.Б., Агапов И.И.Podbolotova E.I., Kirsanova L.A., Kuznetsova E.G., Grudinin N.V., Pashutin A.R., Agapova O.I., Efimov A.E., Nemets E.A., Basok Y.B., Agapov I.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/1946Цель

Цель: исследование биодеградации тканевых скаффолдов из натурального шелка в условиях in vitro и in vivo для оценки их перспектив в тканевой инженерии.

Материалы и методы

Материалы и методы. Были использованы два типа тканевых скаффолдов из натурального шелка: «Фиброплен-Атлас» и «Фиброплен-Газ», а также их модифицированные версии. Биодеградацию in vitro изучали в растворе Фентона. Исследования in vivo про- водили на крысах с гистологическим и морфометрическим анализом имплантатов через 4, 14 и 56 суток.

Результаты

Результаты. Исследования биодеградации in vitro показали, что «Фиброплен-Газ» полностью разлагается за <15 суток, а «Фиброплен-Атлас» сохраняется до 45 суток. Исследования in vivo выявили постепен- ную резорбцию всех образцов, с более выраженной деградацией у «Фиброплен-Газ». Гистологическое исследование показало макрофагальную реакцию с образованием гигантских клеток инородного тела и признаки васкуляризации имплантата. Морфометрия подтвердила уменьшение площади сечения нитей, особенно в модифицированных образцах.

Заключение

Заключение. Модификация тканевых скаффолдов влияет на их биодеградацию, воспалительный ответ и васкуляризацию.

Objective

Objective: to investigate the biodegradation of natural silk-based tissue scaffolds (NS-TS) under in vitro and in vivo conditions, assessing their potential for tissue engineering applications.

Materials and methods

Materials and methods. Two types of NS-TS, Fibroplen-Atlas and Fibroplen-Gas, along with their modified versions, were analyzed. In vitro biodegradation was assessed in Fenton’s solution, while in vivo studies were conducted on rats, with histological and morphometric analysis of the implants at 4, 14, and 56 days post-implantation.

Results

Results. In vitro biodegrada- tion studies showed that Fibroplen-Gas completely degraded in <15 days, whereas Fibroplen-Atlas persisted for up to 45 days. In vivo analysis showed gradual resorption of all scaffolds, with Fibroplen-Gas exhibiting more pronounced degradation. Histological examination revealed a macrophage response, formation of foreign-body giant cells, and signs of implant vascularization. Morphometry confirmed a reduction in filament cross-sectional area, particularly in modified samples.

Conclusion

Conclusion. Modifications of NS-TS influence their biodegradation rate, inflammatory response, and vascularization.

шелкбиодеградациятканевая инженерияsilkbiodegradationtissue engineeringReferencesDionigi B, Fauza DO. Autologous approaches to tissue engineering. In: StemBook [Internet]. Cambridge (MA): Harvard Stem Cell Institute; 2008. 2012 Dec 10. doi: 10.3824/stembook.1.90.1.Dionigi B, Fauza DO. Autologous approaches to tissue engineering. In: StemBook [Internet]. Cambridge (MA): Harvard Stem Cell Institute; 2008. 2012 Dec 10. doi: 10.3824/stembook.1.90.1.Williams D. Challenges with the development of biomaterials for sustainable tissue engineering. Front Bioeng Biotechnol. 2019 May 31; 7: 127. doi: 10.3389/fbioe.2019.00127.Williams D. Challenges with the development of biomaterials for sustainable tissue engineering. Front Bioeng Biotechnol. 2019 May 31; 7: 127. doi: 10.3389/fbioe.2019.00127.Sevastianov VI, Basok YuB, Baranova NV, Belova AD, Grigoriev AM, Kholodenko IV et al. Biomimetics of Extracellular Matrices for Cell and Tissue Engineered Medical Products / Eds. V. Sevastianov and Yu. Basok. Cambridge Scholars Publishing; 2023.Sevastianov VI, Basok YuB, Baranova NV, Belova AD, Grigoriev AM, Kholodenko IV et al. Biomimetics of Extracellular Matrices for Cell and Tissue Engineered Medical Products / Eds. V. Sevastianov and Yu. Basok. Cambridge Scholars Publishing; 2023.Sahoo JK, Hasturk O, Falcucci T, Kaplan DL. Silk chemistry and biomedical material designs. Nat Rev Chem. 2023 May; 7 (5): 302–318. doi: 10.1038/s41570-023-00486-x.Sahoo JK, Hasturk O, Falcucci T, Kaplan DL. Silk chemistry and biomedical material designs. Nat Rev Chem. 2023 May; 7 (5): 302–318. doi: 10.1038/s41570-023-00486-x.Kamalathevan P, Ooi PS, Loo YL. Silk-based biomaterials in cutaneous wound healing: A systematic review. Adv Skin Wound Care. 2018 Dec; 31 (12): 565–573. doi: 10.1097/01.ASW.0000546233.35130.a9.Kamalathevan P, Ooi PS, Loo YL. Silk-based biomaterials in cutaneous wound healing: A systematic review. Adv Skin Wound Care. 2018 Dec; 31 (12): 565–573. doi: 10.1097/01.ASW.0000546233.35130.a9.Kundu B, Rajkhowa R, Kundu SC, Wang X. Silk fibroin biomaterials for tissue regenerations. Adv Drug Deliv Rev. 2013 Apr; 65 (4): 457–470. doi: 10.1016/j.addr.2012.09.043.Kundu B, Rajkhowa R, Kundu SC, Wang X. Silk fibroin biomaterials for tissue regenerations. Adv Drug Deliv Rev. 2013 Apr; 65 (4): 457–470. doi: 10.1016/j.addr.2012.09.043.Cao Y, Wang B. Biodegradation of silk biomaterials. Int J Mol Sci. 2009 Mar 31; 10 (4): 1514–1524. doi: 10.3390/ijms10041514. PMID: 19468322; PMCID: PMC2680630.Cao Y, Wang B. Biodegradation of silk biomaterials. Int J Mol Sci. 2009 Mar 31; 10 (4): 1514–1524. doi: 10.3390/ijms10041514. PMID: 19468322; PMCID: PMC2680630.Vidya M, Rajagopal S. Silk fibroin: A promising tool for wound healing and skin regeneration. Int J Polym Sci. 2021 Oct; 2021 (6): 1–10. doi: 10.1155/2021/9069924.Vidya M, Rajagopal S. Silk fibroin: A promising tool for wound healing and skin regeneration. Int J Polym Sci. 2021 Oct; 2021 (6): 1–10. doi: 10.1155/2021/9069924.Sofia S, McCarthy MB, Gronowicz G, Kaplan DL. Functionalized silk-based biomaterials for bone formation. J Biomed Mater Res. 2001 Jan; 54 (1): 139– 148. doi: 10.1002/1097-4636(200101)54:13.0.CO;2-7.Sofia S, McCarthy MB, Gronowicz G, Kaplan DL. Functionalized silk-based biomaterials for bone formation. J Biomed Mater Res. 2001 Jan; 54 (1): 139– 148. doi: 10.1002/1097-4636(200101)54:13.0.CO;2-7.Климентьев АА, Набока ВА. Биологические характеристики биодеградируемого материала на основе фиброина шелка для замещения костной ткани. Медицина: теория и практика. 2021; 3: 6–9.Klimentyev AA, Naboka VA. Biological characteristics of the biodegradable material for bone repair. Medicine: theory and practice. 2021; 3: 6–9. [In Russ, English abstract].Котлярова МС, Архипова АЮ, Мойсенович АМ, Куликов ДА, Молочков АВ, Мойсенович ММ. Трехмерные пористые скаффолды на основе фиброина шелка для восстановления костной ткани. Гены и клетки. 2017; 12 (3): 131–132. doi: 10.23868/gc120968.Kotliarova MS, Arkhipova AYu, Moysenovich AM, Kulikov DA, Molochkov AV, Moysenovich МM. Trehmernye poristye skaffoldy na osnove fibroina shelka dlya vosstanovleniya kostnoy tkani. Genes & Cells. 2017; 12 (3): 131–132. [In Russ]. doi: 10.23868/gc120968.Liu Q, Huang J, Shao H, Song L, Zhang Y. Dual-factor loaded functional silk fibroin scaffolds for peripheral nerve regeneration with the aid of neovascularization. RSC Adv. 2016; 6 7683–7691. doi: 10.1039/C5RA22054H.Liu Q, Huang J, Shao H, Song L, Zhang Y. Dual-factor loaded functional silk fibroin scaffolds for peripheral nerve regeneration with the aid of neovascularization. RSC Adv. 2016; 6 7683–7691. doi: 10.1039/C5RA22054H.Safonova L, Bobrova M, Efimov A, Davydova L, Tenchurin T, Bogush V et al. Silk Fibroin/Spidroin Electrospun Scaffolds for Full-Thickness Skin Wound Healing in Rats. Pharmaceutics. 2021 Oct 15; 13 (10): 1704. doi: 10.3390/pharmaceutics13101704.Safonova L, Bobrova M, Efimov A, Davydova L, Tenchurin T, Bogush V et al. Silk Fibroin/Spidroin Electrospun Scaffolds for Full-Thickness Skin Wound Healing in Rats. Pharmaceutics. 2021 Oct 15; 13 (10): 1704. doi: 10.3390/pharmaceutics13101704.Gavrilova NA, Borzenok SA, Revishchin AV, Tishchenko OE, Ostrovkiy DS, Bobrova MM et al. The effect of biodegradable silk fibroin-based scaffolds containing glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) on the corneal regeneration process. Int J Biol Macromol. 2021 Aug 31; 185: 264–276. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.06.040.Gavrilova NA, Borzenok SA, Revishchin AV, Tishchenko OE, Ostrovkiy DS, Bobrova MM et al. The effect of biodegradable silk fibroin-based scaffolds containing glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) on the corneal regeneration process. Int J Biol Macromol. 2021 Aug 31; 185: 264–276. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.06.040.Aigner TB, DeSimone E, Scheibel T. Biomedical applications of recombinant silk-based materials. Adv Mater. 2018 May; 30 (19): e1704636. doi: 10.1002/adma.201704636.Aigner TB, DeSimone E, Scheibel T. Biomedical applications of recombinant silk-based materials. Adv Mater. 2018 May; 30 (19): e1704636. doi: 10.1002/adma.201704636.Murphy AR, Kaplan DL. Biomedical applications of chemically-modified silk fibroin. J Mater Chem. 2009 Jun 23; 19 (36): 6443–6450. doi: 10.1039/b905802h.Murphy AR, Kaplan DL. Biomedical applications of chemically-modified silk fibroin. J Mater Chem. 2009 Jun 23; 19 (36): 6443–6450. doi: 10.1039/b905802h.Колесников АЮ, Прокудина ЕС, Сенокосова ЕА, Арнт АА, Антонова ЛВ, Миронов АВ и др. Результаты долгосрочной проходимости и прижизненной визуализации сосудистых заплат из фиброина шелка. Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2023: 11 (3): 68–75. https://doi.org/10.33029/2308-1198-2023-11-3-68-75.Kolesnikov AYu, Prokudina ES, Senokosova EA, Arnt AA, Antonova LV, Mironov AV et al. Results of longterm patency and lifetime visualization of vascular patches from silk fibroin. Clinical and Experimental Surgery. Petrovsky Journal. 2023: 11 (3): 68–75. [In Russ, English abstract]. https://doi.org/10.33029/2308-1198-2023-11-3-68-75.Perrone GS, Leisk GG, Lo TJ, Moreau JE, Haas DS, Papenburg BJ et al. The use of silk-based devices for fracture fixation. Nat Commun. 2014 Mar 4; 5: 3385. doi: 10.1038/ncomms4385. PMID: 24594992.Perrone GS, Leisk GG, Lo TJ, Moreau JE, Haas DS, Papenburg BJ et al. The use of silk-based devices for fracture fixation. Nat Commun. 2014 Mar 4; 5: 3385. doi: 10.1038/ncomms4385. PMID: 24594992.Агапов ИИ, Агапова ОИ, Ефимов АЕ, Соколов ДЮ, Боброва ММ, Сафонова ЛА. Способ получения биодеградируемых скаффолдов на основе тканей из натурального шелка. Патент на изобретение RU2653428 С1, 08.05.2018.Agapov II, Agapova OI, Efimov AE, Sokolov DYu, Bobrova MM, Safonova LA. Sposob polucheniya biodegradiruemykh skaffoldov na osnove tkaney iz natural’nogo shelka. Patent na izobretenie RU2653428 S1, 08.05.2018.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.