БИОСОВМЕСТИМЫЕ И МАТРИКСНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛИЛАКТИДНЫХ ГУБОК

Целью работы явилось исследование биосовместимых и матриксных свойств образцов полилактидных губок как потенциальных материалов при создании имплантируемых медицинских изделий, клеточно- и тканеинженерных конструкций.

Материалы и методы. Биосовместимость полилактидных губок в виде пористых дисков (ПД ПЛА), полученных методом лиофилизации, оценивали in vitro методами УФ-спектроскопии, рН-метрии, по цитотоксичности относительно фибробластов мыши NIH/3T3 при культивировании в статических условиях. При исследовании биосовместимости in vivo использовали метод подкожной имплантации образцов крысам. Матриксные свойства ПД ПЛА (способность поддерживать адгезию и пролиферацию клеток) исследовали с использованием мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани человека (МСК ЖТч), культивируемых в проточном биореакторе.

Результаты. В условиях проведенных экспериментов in vitro полилактидные губки, полученные методом лиофильной сушки, соответствуют требованиям, предъявляемым к биосовместимым медицинским изделиям, по показателям изменения рН и оптической плотности водного экстракта из ПД ПЛА, а также по цитотоксичности образцов относительно фибробластов мыши NIH/3T3. При культивировании МСК ЖТч в гепатогенной среде в присутствии ПД ПЛА наблюдается активная адгезия и пролиферация МСК ЖТч как на поверхности, так и в объеме пористого матрикса. Вместе с тем при подкожной имплантации образцов процесс резорбции ПД ПЛА сопровождается асептической воспалительной реакцией тканей, прилегающих к имплантату.

Заключение. Таким образом, следует с большой осторожностью по положительным результатам исследований in vitro биологической безопасности и матриксных свойств имплантатов рекомендовать их для создания биомедицинских клеточно- и тканеинженерных конструкций. Показана необходимость предварительного изучения биомеханических характеристик имплантата. 

1. Биосовместимые материалы: учебное пособие / Под ред. В.И. Севастьянова и М.П. Кирпичникова. М.: МИА, 2011: 544.

2. Vert M. Bioresorbable polymers for temporary therapeutic applications. Angew. Macromol. Chem. 1989; 166/167: 155–168.

3. Hutmacher D, Markus MS, Hürzeler B, Schliephake H. A review of material properties of biodegradable and bioresorbable polymers and devices for GTR and GBR applications. Int. J. Oral & Maxillofacial Implants.1996; 11: 667–678.

4. Peters MC, Mooney DJ. Synthetic extracellular matrices for cell transplantation in Porous materials for tissue engineering, eds.: Dean-Mo Liu, Vivek Dixit. Materials Science Forum. 1997; 250: 43–52.

5. Медведев ДД, Недосеев СЛ, Нистратов ВМ, Смирнов ВП, Петяев ВА, Шварцкопф ПВ и др. Плазмообразующие полимерные среды для инерциального термоядерного синтеза и биоинженерии. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 2010; 1: 22–31.

6. Gong Y, Zhou Q, Gao C, Shen J. In vitro and in vivo degradability and cytocompatibility of poly(L-lactic acid) scaffold fabricated by a gelatin particle leaching method. Acta Biomater. 2007; 3: 531–540.

7. Spadaccio C, Rainer A, Trombetta M, Vadalá G, Chello M. Covino E et al. Poly-L-lactic acid/hydroxyapatite electrospun nanocomposites induce chondrogenic differentiation of human MSC. Annals of Biomedical Engineering. 2009; 37: 1376–1389.

8. Pisanti P, Yeatts A.B, Cardea S, Fisher JP, Reverchon E. Tubular perfusion system culture of human mesenchymal stem cells on poly- L- Lactic acid scaffolds produced using a supercritical carbon dioxide-assisted process. J. Biomed. Mat. Soc. Part A. 2012; 100A: 2563–2572.

9. Nair LS, Laurencin CT. Biodegradable polymers as biomaterials. Progress in Polymer Science. 2007; 32: 762– 798.

10. Севастьянов ВИ. Клеточно-инженерные конструкции в тканевой инженерии и регенеративной медицине. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2015; 17 (2): 127–130.

11. Антонов ЕН, Богородский СЭ, Кротова ЛИ, Попов ВК, Белов ВЮ, Курсаков СВ и др. Формирование компонентов инъекционной формы ацетилсалициловой кислоты пролонгированного действия с помощью сверхкритического диоксида углерода. Сверхкритические флюиды: Теория и практика. 2016; 11 (2): 4–13.

12. Kellomaki M, Niiranen H, Puumanen K, Ashammakhi N, Waris T, Tormala P. Bioabsorbable scaffolds for guided bone regeneration and generation. Biomaterials. 2000; 21: 2495–2505.

13. Coutu DL, Yousefi AM, Galipeau J. Three-dimensional porous scaffolds at the crossroads of tissue engineering and cell-based gene therapy. J. Cell. Biochem. 2009; 108: 537–546.

14. Bishi DK, Mathapati S, Venugopal JR, Guhathakurta S, Cherian KM, Verma RS et al. A patient-inspired ex vivo liver tissue engineering approach with autologous mesenchymal stem cells and hepatogenic serum. Adv. Healthcare Mater. 2016; 5: 1058–1070.

15. Giller DB, Tokaev KV, Giller GV, Martel II, Glotov AA, Anilines II et al. Surgical management and results of treatment of caseous pneumonia (Review of literature and own observations). Thoracic and cardiovascular surgery. 2010; 1: 54–58.

16. Farah S, Anderson DG, Langer R. Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications – a comprehensive review. Adv. Drug Delivery Reviews. 2016; 107: 367–392.

17. ГОСТ Р 52770-2016 «Изделия медицинские. Требования безопасности. Методы санитарно-химических и токсикологических испытаний».

18. ГОСТ ISO 10993-5–2011 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 5. Исследования на цитотоксичность: методы in vitro».

19. ГОСТ ISO 10993-6-2011 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 6. Исследование местного действия после имплантации».

20. Sevastianov VI, Basok YuB, Grigoryev AM, Kirsanova LA, Vasilets VN. A perfusion bioreactor for making tissue-engineered constructs. Biomedical Engineering. 2017; 51 (3): 162–165.

21. Surguchenko VA, Ponomareva AS, Kirsanova LA, Skaleckij NN, Sevastianov VI. The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells (in vitro study). J. Biomed. Mat. Soc. Part A. 2015; 103 (2): 463–470.

22. Maiborodin IV, Kuznetsova IV, Beregovoi EA, Shevela AI, Barannik MI, Maiborodina VI et al. Reaction of rat tissues to implantation of lactic acid-based biodegradable polymer. Bull. Exper. Biol. Med. 2014; 156 (6): 874–879.

23. Török E1, Vogel C, Lütgehetmann M, Ma PX, Dandri M, Petersen J et al. Morphological and functional analysis of rat hepatocyte spheroids generated on poly(L-lactic acid) polymer in a pulsatile fl ow bioreactor. Tissue Eng. 2006; 12 (7): 1881–1890.

24. Rebelo SP, Costa R, Silva MM, Marcelino P, Brito C, Alves PM. Three-dimensional co-culture of human hepatocytes and mesenchymal stem cells: improved functionality in long-term bioreactor cultures. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2017; 11 (7): 2034–2045.