Наноструктурный анализ фибробластов мыши 3Т3, культивированных на тканевых скаффолдах на основе натурального шелка в условиях in vitro

Цель: провести наноструктурный анализ особенностей взаимодействия фибробластов мыши 3Т3 с тканевыми скаффолдами на основе натурального шелка в условиях in vitro с использованием технологии сканирующей зондовой нанотомографии. Материалы и методы. Для исследования были получены образцы двух типов тканевых скаффолдов из натурального шелка: «Фиброплен-Атлас» и «Фиброплен-Газ», а также их модифицированные версии «Фиброплен-Атлас 80» и «Фиброплен-Газ 80». Фибробласты мыши 3Т3 культивировались на тканевых скаффолдах в течение 7 суток. Препараты тканевых скаффолдов с культивированными фибробластами были фиксированы и залиты в эпоксидную смолу. Исследование поверхности полученных образцов после среза ультрамикротомом производилось методом сканирующей зондовой нанотомографии. Анализ полученных данных позволяет количественно определить важные морфологические параметры клеток, тканевых скаффолдов и интерфейсов между ними. Результаты. Анализ полученных изображений указывает на утончение и разобщение микроволокон в нитях модифицированных скаффолдов «Фиброплен-Атлас 80» и «Фиброплен-Газ 80». В отличие от немодифицированных версий скаффолдов в данном случае фибробласты в равной мере взаимодействуют как с внутренними, так и с внешними поверхностями микроволокон нитей шелковых скаффолдов, что приводит к значительному (до 40%) росту параметра, отражающего долю площади поверхности клеток, взаимодействующую с поверхностью скаффолда. Заключение. Наноструктурный анализ фибробластов мыши 3Т3, культивированных на тканевых скаффолдах на основе натурального шелка, позволил получить данные о топологических и морфологических особенностях взаимодействия клеток с модифицированными и немодифицированными тканевыми скаффолдами. Взаимодействие клеток с микроволокнами внутри нитей модифицированных скаффолдов может служить ускорению биодеградации данных скаффолдов. Совокупность полученных наноструктурных данных и результатов клеточных экспериментов in vitro позволяет сделать вывод о том, что разработанные скаффолды поддерживают адгезию клеток 3T3 и формирование клеточно-матриксных контактов.

1. Yıldız A, Başaran Mutlu‑Ağardan N, Acartürk F. Silk fibroin: features, production methods and medical applications. J Drug Deliv Sci Technol. 2026; 118: 108066. doi: 10.1016/j.jddst.2026.108066.

2. Zhang Y, Roohani I. Recent Advances in Silk Fibroin Derived from Bombyx mori for Regenerative Medicine. J Funct Biomater. 2026; 17 (1): 12. doi: 10.3390/jfb17010012.

3. Liu B, Li Y, Chen H, Li S, Dan X, Xue P et al. From molecular mechanisms to clinical translation: Silk fibroin-based biomaterials for next-generation wound healing. Int J Biol Macromol. 2025; 313: 144266. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2025.144266.

4. Manoochehrabadi T, Solouki A, Majidi J, Khosravimelal S, Lotfi E, Lin K et al. Silk biomaterials for corneal tissue engineering: From research approaches to therapeutic potentials; A review. Int J Biol Macromol. 2025; 305 (Pt 1): 141039. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2025.141039.

5. Liu J, Sun H, Peng Y, Chen L, Xu W, Shao R. Preparation and Characterization of Natural Silk Fibroin Hydrogel for Protein Drug Delivery. Molecules. 2022; 27 (11): 3418. doi: 10.3390/molecules27113418.

6. Hemalatha T, Aarthy M, Sundarapandiyan A, Ayyadurai N. Bioengineered Silk Fibroin Hydrogel Rein-forced with Collagen-Like Protein Chimeras for Improved Wound Healing. Macromol Biosci. 2025; 25 (2): e2400346. doi: 10.1002/mabi.202400346.

7. Pashutin A, Podbolotova E, Kirsanova L, Dosi O, Efimov AE, Agapova O, Agapov I. Silk Fibroin Microparticle/Carboxymethyl Cellulose Composite Gel for Wound Healing Applications. Biomimetics (Basel). 2025; 10 (7): 434. doi: 10.3390/biomimetics10070434.

8. Safonova L, Bobrova M, Efimov A, Lyundup A, Agapova O, Agapov I. A Comparative Analysis of the Structure and Biological Properties of Films and Microfibrous Scaffolds Based on Silk Fibroin. Pharmaceutics. 2021; 13 (10): 1561. doi: 10.3390/pharmaceutics13101561.

9. Arthe R, Arivuoli D, Ravi V. Preparation and characterization of bioactive silk fibroin/paramylon blend films for chronic wound healing. Int J Biol Macromol. 2020; 154: 1324–1331. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.11.010.

10. Li Y, Liu Z, Tang Y, Fan Q, Feng W, Luo C et al. Three-dimensional silk fibroin scaffolds enhance the bone formation and angiogenic differentiation of human amniotic mesenchymal stem cells: a biocompatibility analysis. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 2020; 52 (6): 590–602. doi: 10.1093/abbs/gmaa042.

11. Ye J, Xie B, Hu J, Xu X, Lu S, Wang J, Yang L. Recent advances in silk fibroin-based biomaterials for tissue engineering applications. Int J Biol Macromol. 2025; 322 (Pt 2): 146764. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2025.146764.

12. Efimov AE, Moisenovich MM, Bogush VG, Agapov II. 3D nanostructural analysis of silk fibroin and recombinant spidroin 1 scaffolds by scanning probe nanotomography. RSC Adv. 2014; 4: 60943–60947. doi: 10.1039/c4ra08341e.

13. Dos Santos FV, Siqueira RL, de Morais Ramos L, Yoshioka SA, Branciforti MC, Correa DS. Silk fibroin-derived electrospun materials for biomedical applications: A review. Int J Biol Macromol. 2024; 254 (Pt 2): 127641. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.127641.

14. 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; 13 (10): 1704. doi: 10.3390/pharmaceutics13101704.

15. Zhang X, Reagan MR, Kaplan DL. Electrospun silk biomaterial scaffolds for regenerative medicine. Adv Drug Deliv Rev. 2009; 61 (12): 988–1006. doi: 10.1016/j.addr.2009.07.005.

16. De Giorgio G, Matera B, Vurro D, Manfredi E, Galstyan V, Tarabella G et al. Silk fibroin materials: biomedical applications and perspectives. Bioengineering (Basel). 2024; 11 (2): 167. doi: 10.3390/bioengineering11020167.

17. Aibibu D, Hild M, Wöltje M, Cherif C. Textile cell-free scaffolds for in situ tissue engineering applications. J Mater Sci Mater Med. 2016; 27: 63. doi: 10.1007/s10856-015-5656-3.

18. Pereira RFP, Silva MM, de Zea Bermudez V. Bombyx mori silk fibers: an outstanding family of materials. Macromol Mater Eng. 2015; 300: 1171–1198. doi: 10.1002/mame.201400276.

19. Fang Y, Xu L, Wang M. High-throughput preparation of silk fibroin nanofibers by modified bubble-electrospinning. Nanomaterials. 2018; 8 (7): 471. doi: 10.3390/nano8070471.

20. 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.

21. Agapov II, Podbolotova EI, Kirsanova LA, Grudinin NV, Pashutin AR, Agapova OI et al. In vitro and in vivo Biodegradation of Silk Fabric Scaffolds. Dokl Biol Sci. 2025; 520 (1): 34–37. doi: 10.1134/S0012496624600519.

22. Подболотова ЕИ, Кирсанова ЛА, Кузнецова ЕГ, Грудинин НВ, Пашутин АР, Агапова ОИ и др. Разработка и исследование биодеградируемых тканевых скаффолдов из натурального шелка. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2025; 27 (2): 100–111. doi: 10.15825/1995-1191-2025-2-100-111.

23. Подболотова ЕИ, Пашутин АР, Грудинин НВ, Волкова ЕА, Агапова ОИ, Ефимов АЕ, Агапов ИИ. Исследование механических и структурных свойств шелковых скаффолдов для тканевой инженерии и реконструктивной хирургии. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2025; 27 (4): 125–132. doi: 10.15825/1995-1191-2025-4-125-132.

24. Alekseev A, Efimov A, Loos J, Matsko N, Syurik J. Three dimensional imaging of polymer materials by Scanning Probe Tomography. Eur Polym J. 2014; 52: 154–165. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2014.01.003.

25. Efimov AE, Agapova OI, Safonova LA, Bobrova MM, Parfenov VA, Koudan EV et al. 3D scanning probe nanotomography of tissue spheroid fibroblasts interacting with electrospun polyurethane scaffold. Express Polymer Letters. 2019; 13 (7): 632–641. doi: 10.3144/expresspolymlett.2019.53.

26. Balashov V, Efimov A, Agapova O, Pogorelov A, Agapov I, Agladze K. High resolution 3D microscopy study of cardiomyocytes on polymer scaffold nanofibers reveals formation of unusual sheathed structure. Acta Biomaterialia. 2018; 68: 214–222. doi: 10.1016/j.act-bio.2017.12.031.

27. Efimov AE, Agapova OI, Safonova LA, Bobrova MM, Parfenov VA, Koudan EV et al. Nanostructural features of contacts of fibroblasts with dual-scale bioсompatible polyurethane scaffold. Nanotechnologies in Russia. 2016; 11: 830–834. doi: 10.1134/S1995078016060094.

28. Tremel A, Cai A, Tirtaatmadja N, Hughes BD, Stevens GW, Landman KA et al. Cell migration and proliferation during monolayer formation and wound healing. Chem Eng Sci. 2009; 64: 247–253. doi: 10.1016/j.ces.2008.10.008.

29. Dražić S, Ralević N, Žunić J. Shape elongation from optimal encasing rectangles. Comput Math Appl. 2010; 60 (7): 2035–2042. doi: 10.1016/j.camwa.2010.07.043.