Разработка и исследование биодеградируемых тканевых скаффолдов из натурального шелка

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

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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Климентьев АА, Набока ВА. Биологические характеристики биодеградируемого материала на основе фиброина шелка для замещения костной ткани. Медицина: теория и практика. 2021; 3: 6–9.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.