Децеллюляризация фрагмента донорской поджелудочной железы для получения тканеспецифического матрикса

Одной из актуальных задач тканевой инженерии является получение искусственного матрикса, способного имитировать для клеток микроокружение биологической среды. Таким матриксом при создании биоинженерной конструкции поджелудочной железы (ПЖ) может быть тканеспецифический каркас, полученный из децеллюляризованной ткани ПЖ. Цель: получение и исследование характеристических свойств тканеспецифического каркаса поджелудочной железы из децеллюляризованных фрагментов панкреатической ткани человека. Материалы и методы. Протокол децеллюляризации включал в себя 3 цикла замораживания и оттаивания фрагментов ПЖ с последующей обработкой поверхностно-активными веществами – додецилсульфатом натрия и Тритоном Х100. На каждом этапе децеллюляризации проводили рутинное окрашивание образцов гематоксилином и эозином и на общий коллаген. Дополнительно проводили иммуногистохимический анализ срезов децеллюляризованной ПЖ человека (ДПЖч) на коллаген I типа и эластические волокна. Ядра клеток в исходных образцах и полученном матриксе визуализировали, используя флуоресцентное окрашивание DAPI. Определяли количество ДНК в нативной и децеллюляризованной ткани ПЖ. Цитотоксичность тканеспецифического матрикса оценивали in vitro методом прямого контакта. Матриксные свойства образцов ДПЖч определяли с использованием МСК жировой ткани человека. Результаты. Предложен способ децеллюляризации ПЖ, позволяющий получение тканеспецифического матрикса в виде соединительно-тканного каркаса, полностью свободного от детрита с сохранной тонковолокнистой сетевидной структурой, в которой выявлены эластические и коллагеновые волокна, в том числе коллагена I типа. Окрашивание DAPI подтверждало отсутствие ядерного материала в децеллюляризованном матриксе, а остаточное количество ДНК не превышало 0,1%. Доказано отсутствие цитотоксичности матрикса и его способность поддерживать адгезию и пролиферацию МСК ЖТч. Заключение. Как один из этапов создания биоинженерной конструкции ПЖ, разработан способ получения биосовместимого (отсутствие цитотоксичности и иммуногенности) тканеспецифического каркаса из децеллюляризованной панкреатической ткани человека с сохранением морфофункциональных свойств нативного внеклеточного матрикса ПЖ и обеспечивающего адгезию и пролиферацию клеточных культур.

поджелудочная железа, децеллюляризация, тканеспецифический каркас, тканевая инженерия

1. Сургученко ВА. Матриксы для тканевой инженерии и гибридных органов. Биосовместимые материалы (учебное пособие). Под ред. В.И. Севастьянова и М.П. Кирпичникова. М.: МИА, 2011. Часть II, глава 1: 199–226.

2. Crapo PM, Gilbert TW, Badylak SF. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 2011 April; 32 (12): 3233–3243. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.01.057.

3. Sackett SD, Tremmel DM, Ma F, Feeney AK, Maguire RM, Brown ME et al. Extracellular matrix scaffold and hydrogel derived from decellularized and delipidized human pancreas. Scientific Reports. 2018; 8: 10452. doi: 10.1038/s41598-018-28857-1.

4. Stendahl JC, Kaufman DB, Stupp SI. Extracellular Matrix in Pancreatic Islets: Relevance to Scaffold Design and Transplantation. Cell Transplant. 2009; 18 (1): 1–12. doi: 10.3727/096368909788237195.

5. Riopel M, Wang К. Collagen matrix support of pancreatic islet survival and function. Frontiers in Bioscience. 2014 Jan; 19: 77–90. doi: 10.2741/4196.

6. Salvatori M, Katari R, Patel T, Peloso A, Mugweru J, Owusu K, Orlando G. Extracellular Matrix Scaffold Technology for Bioartificial Pancreas Engineering: State of the Art and Future Challenges. Journal of Diabetes Science and Technology. 2014; 8 (1): 159–169. doi: 10.1177/1932296813519558.

7. Wu D, Wan J, Huang Y, Guo Y, Xu T, Zhu M et al. 3D Culture of MIN-6 Cells on Decellularized Pancreatic Scaffold: in vitro and in vivo Study. BioMed Research International. 2015 Nov: 1–8. http://dx.doi.org/10.1155/2015/432645.

8. Goh SK, Bertera S, Olsen P, Candiello J, Halfter W, Uechi G et al. Perfusion-decellularized pancreas as a natural 3D scaffold for pancreatic tissue and whole organ engineering. Biomaterials. 2013; 34 (28): 6760–6772. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.05.066.

9. Napierala H, Hillebrandt K-H, Haep N, Tang P, Tintemann M, Gassner J et al. Engineering an endocrine Neo-Pancreas by repopulation of a decellularized rat pancreas with islets of Langerhans. Scientific Reports. 2017; 7: 41777. doi: 10.1038/srep41777.

10. Mirmalek-Sani S-H, Orlando G, McQuilling J, Pareta R, Mack D, Salvatori M et al. Porcine pancreas extracellular matrix as a platform for endocrine pancreas bioengineering. Biomaterials. 2013; 34 (22): 5488–5495. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.03.054.

11. Peloso A, Urbani L, Cravedi P, Katari R, Maghsoudlou P, Fallas MEA et al. The human pancreas as a source of pro-tolerogenic extracellular matrix scaffold for a new generation bio-artificial endocrine pancreas. Ann Surg. 2016; 264 (1): 169–179. doi: 10.1097/SLA.0000000000001364.

12. Crapo PM, Gilbert TW, Badylak SF. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 2011. 32 (12): 3233–3243. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.01.057.

13. Межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 10993-5-2011 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 5. Исследование на цитотоксичность: методы in vitro».