Preview

Вестник трансплантологии и искусственных органов

Расширенный поиск

Биосовместимые и функциональные свойства тканеспецифической мелкодисперсной 3D-матрицы из децеллюляризованного хряща свиньи

https://doi.org/10.15825/1995-1191-2022-4-73-84

Полный текст:

Аннотация

В отличие от децеллюляризации мягких тканей для использования их в качестве тканеспецифических матриц при создании тканеинженерных конструкций децеллюляризация хрящевой ткани требует привлечения нескольких методов обработки, что может отрицательно влиять на биосовместимые и функциональные свойства нативного внеклеточного матрикса.

Цель работы: исследование биосовместимых и функциональных свойств тканеспецифической мелкодисперсной 3D-матрицы из хряща свиньи, децеллюляризованного последовательной обработкой химическими, физическими и ферментативными методами.

Материалы и методы. Для децеллюляризации микродисперсные частицы хряща (МЧХ), полученные методом криопомола, инкубировали в растворах детергентов (додецилсульфат натрия и Triton X-100) с последующей обработкой сверхкритическим диоксидом углерода (ск-СО2) с добавлением этанола (10% по объему) и ДНКазой I типа. Для определения генотоксичности децеллюляризованных МЧХ (ДМЧХ) использовали мутационный тест Эймса на Salmonella typhimurium. Местное и общетоксическое действие, а также резорбцию ДМЧХ исследовали in vivo на половозрелых аутбредных крысах. Образцы ДМЧХ (10 мг) имплантировали в мышечную ткань бедра. Жизнеспособность мезенхимальных стромальных клеток жировой ткани человека (МСК ЖТч) при культивировании на ДМЧХ анализировали методом прижизненной микроскопии с окрашиванием флуоресцентным красителем Calcein AM. Метаболическую активность клеток оценивали с использованием PrestoBlue™ Cell Viability Reagent.

Результаты. Доказано, что имплантированные в мышцу крысы ДМЧХ свиньи после обработки ск-СО2 не оказывают местного и общетоксического действия, не проявляют генотоксичности и отрицательного действия на репродуктивную систему животных. После 6 месяцев эксперимента in vivo резорбируется большая часть (87%) имплантированного децеллюляризованного хряща. Показали, что полученные матриксы способны поддерживать адгезию и пролиферацию МСК ЖТч.

Заключение. Образцы ДМЧХ свиньи соответствуют требованиям, предъявляемым к биосовместимым медицинским изделиям по показателям местного и общетоксического действия, гено- и репродуктивной токсичности, и могут быть рекомендованы в качестве матрицы при создании клеточно- и тканеинженерных конструкций хрящевой ткани.

Об авторах

Е. А. Немец
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия

Немец Евгений Абрамович

123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1

Тел. (903) 579-23-79



А. Э. Лажко
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия

Москва



А. М. Григорьев
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия

Москва



Ю. Б. Басок
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия

Москва



А. Д. Кириллова
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия

Москва



В. И. Севастьянов
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; АНО «Институт медико-биологических исследований и технологий»
Россия

Москва



Список литературы

1. Reddy MSB, Ponnamma D, Choudhary R, Sadasivuni KK. A comparative review of natural and synthetic biopolymer composite scaffolds. Polymers (Basel). 2021; 13 (7): 1105. doi: 10.3390/polym13071105.

2. Jafari M, Paknejad Z, Rad MR, Motamedian SR, Eghbal MJ, Nadjmi N et al. Polymeric scaffolds in tissue engineering: a literature review. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2017; 105 (2): 431–459. doi: 10.1002/jbm.b.33547.

3. Song R, Murphy M, Li C, Ting K, Soo C, Zheng Z. Current development of biodegradable polymeric materials for biomedical applications. Drug Des Devel Ther. 2018; 12: 3117–3145. doi: 10.2147/DDDT.S165440.

4. Vasilets VN, Surguchenko VA, Ponomareva AS, Nemetz EA, Sevastianov VI, Bae JW et al. Effects of surface properties of bacterial poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) on adhesion and proliferation of mouse fibroblasts. Macromolecular Research. 2015; 23: 205–213. doi 10.1007/s13233-015-3025-1.

5. Gattazzo F, Urciuolo A, Bonaldo P. Extracellular matrix: a dynamic microenvironment for stem cell niche. Biochim Biophys Acta. 2014; 1840 (8): 2506–2519. doi: 10.1016/j.bbagen.2014.01.010.

6. Paulo Zambon J, Atala A, Yoo JJ. Methods to generate tissue-derived constructs for regenerative medicine applications. Methods. 2020; 171: 3–10. doi: 10.1016/j.ymeth.2019.09.016.

7. Gupta SK, Mishra NC, Dhasmana A. Decellularization methods for scaffold fabrication. Methods Mol Biol. 2018; 1577: 1–10. doi: 10.1007/7651_2017_34.

8. Cramer MC, Badylak SF. Extracellular matrix-based biomaterials and their influence upon cell behavior. Ann Biomed Eng. 2020; 48 (7): 2132–2153. doi: 10.1007/s10439-019-02408-9.

9. Philips C, Campos F, Roosens A, Sánchez-Quevedo MDC, Declercq H, Carriel V. Qualitative and quantitative evaluation of a novel detergent-based method for decellularization of peripheral nerves. Ann Biomed Eng. 2018; 46 (11): 1921–1937. doi: 10.1007/s10439-018-2082-y.

10. Mendibil U, Ruiz-Hernandez R, Retegi-Carrion S, Garcia-Urquia N, Olalde-Graells B, Abarrategi A. Tissuespecific decellularization methods: rationale and strategies to achieve regenerative compounds. Int J Mol Sci. 2020; 21 (15): 5447. doi: 10.3390/ijms21155447.

11. Gilpin A, Yang Y. Decellularization strategies for regenerative medicine: from processing techniques to applications. Biomed Res Int. 2017; 2017: 9831534. doi: 10.1155/2017/9831534.

12. Porzionato A, Stocco E, Barbon S, Grandi F, Macchi V, De Caro R. Tissue-engineered grafts from human decellularized extracellular matrices: a systematic review and future perspectives. Int J Mol Sci. 2018; 19 (12): 4117. doi: 10.3390/ijms19124117.

13. Sevastianov VI, Basok YB, Kirsanova LA, Grigoriev AM, Kirillova AD, Nemets EA et al. A comparison of the capacity of mesenchymal stromal cells for cartilage regeneration depending on collagen-based injectable biomimetic scaffold type. Life. 2021; 11 (8): 756. doi: 10.3390/life11080756.

14. Song C, Luo Y, Liu Y, Li S, Xi Z, Zhao L et al. Fabrication of PCL scaffolds by supercritical CO2 foaming based on the combined effects of rheological and crystallization properties. Polymers (Basel). 2020; 12 (4): 780. doi: 10.3390/polym12040780.

15. Gil-Ramírez A, Rosmark O, Spégel P, Swärd K, Westergren-Thorsson G, Larsson-Callerfelt A.K et al. Pressurized carbon dioxide as a potential tool for decellularization of pulmonary arteries for transplant purposes. Sci Reports. 2020; 10 (1): 4031. doi: 10.1038/s41598-020-60827-4.

16. Алексеев ЕС, Алентьев АЮ, Белова АС, Богдан ВИ, Богдан ТВ, Быстрова АВ и др. Сверхкритические флюиды в химии. Успехи химии. 2020; 89 (12): 1337–1427.

17. Разгонова МП, Захаренко АМ, Сергиевич АА, Каленик ТК, Голохваст КС. Сверхкритические флюиды: теория, этапы становления, современное применение: учебное пособие. СПб.: Лань, 2019; 192.

18. Nemets EA, Malkova AP, Dukhina GA, Lazhko AE, Basok YB, Kirillova AD et al. Effect of supercritical carbon dioxide on the in vivo biocompatible and resorptive properties of tissue-specific scaffolds from decellularized pig liver fragments. Inorganic Materials: Applied Research. 2022; 13: 413–420. doi: 10.1134/S2075113322020319.

19. Ingrosso F, Ruiz-López MF. Modeling solvation in supercritical CO2. Chemphyschem. 2017; 18: 2560–2572. doi: 10.1002/cphc.201700434.

20. Sevastianov VI, Nemets EA, Lazhko AE, Basok YuB, Kirsanova LA, Kirillova AD. Application of supercritical fluids for complete decellularization of porcine cartilage. Journal of Physics: Conference Series. XV International Russian Chinese Symposium «New Materials and Technologies». 2019; 1347 (1): 012081. doi: 10.1088/1742-6596/1347/1/012081.

21. Seo Y, Jung Y, Kim SH. Decellularized heart ECM hydrogel using supercritical carbon dioxide for improved angiogenesis. Acta Biomater. 2018; 67: 270–281. doi: 10.1016/j.actbio.2017.11.046.

22. Nemets EA, Lazhko AE, Basok YuB, Kirsanova LA, Kirillova AD, Sevastianov VI. Preparation of tissue-specific matrix from decellularized porcine cartilage. Russian Journal of Physical Chemistry B. 2020; 14: 1245–1251. doi: 10.1134/S1990793120080059.

23. Huang Z, Godkin O, Schulze-Tanzil G. The challenge in using mesenchymal stromal cells for recellularization of decellularized cartilage. Stem Cell Rev Rep. 2017 Feb; 13 (1): 50–67. doi: 10.1007/s12015-016-9699-8.

24. ГОСТ ISO 10993-6. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 6. Исследование местного действия после имплантации.

25. Basok YB, Kirillova AD, Grigoryev AM, Kirsanova LA, Nemets EA, Sevastianov VI. Fabrication of microdispersed tissue-specific decellularized matrix from porcine articular cartilage. Inorganic Materials: Applied Research. 2020; 11 (5): 1153–1159. doi: 10.1134/S2075113320050044.

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


Дополнительные файлы

Рецензия

Для цитирования:


Немец Е.А., Лажко А.Э., Григорьев А.М., Басок Ю.Б., Кириллова А.Д., Севастьянов В.И. Биосовместимые и функциональные свойства тканеспецифической мелкодисперсной 3D-матрицы из децеллюляризованного хряща свиньи. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2022;24(4):73-84. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2022-4-73-84

For citation:


Nemets E.A., Lazhko A.E., Grigoriev A.M., Basok Yu.B., Kirillova A.D., Sevastianov V.I. Biocompatible and functional properties of a microdispersed tissue-specific 3D matrix from decellularized porcine cartilage. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2022;24(4):73-84. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2022-4-73-84

Просмотров: 59


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1995-1191 (Print)
ISSN 2412-6160 (Online)