Регистрация / Вход
Прислать материал

Биорезорбируемые микроносители для доставки клеток в область заживления и регенерации ран

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
тканевая инженерия, регенеративная медицина, биодеградируемые материалы, биполимеры, фиброин шёлка, микроносители, регенеративный потенциал, микрогель аутологичные клетки, заживление ран, регенерация ткани

Цель проекта:
1. Задача/проблема: Разработка научных, методических и технологических основ для создания биорезорбируемого микроносителя, предназначенного для инъекций клеток разных типов в область заживления и регенерации ран, включая выбор оптимального состава микроносителя для обеспечения формирования на его поверхности условий для адгезии и роста клеток, ускоряющих заживление и регенерацию; выбор способа получения микроносителя, обеспечивающего возможность проведения инъекций в область регенерации; определение влияния витализации микроносителя различными типами клеток и их смесями на скорость заживления ран и восстановление структуры ткани в модели полнослойных ран экспериментальных животных. 2. Целью данного проекта является разработка нового биорезорбируемого микроносителя для направленной доставки клеток, вовлеченных в процессы регенерации

Основные планируемые результаты проекта:
1. В результате реализации проекта будут разработаны научно-технические основы для создания отечественного микроносителя, предназначенного для целевой доставки клеток, обеспечивающих ускорение репарационных процессов и процессов регенерации. В качестве основы для создания микроносителя будут использован фиброин шелка и другие биорезорбируемые полимеры. Полученные микроносители будут охарактеризованы в соответствии с Программой и методиками исследовательских испытаний. С использованием методов световой и электронной микроскопии будет произведен анализ структуры микроносителя. In vivo будет исследован рост клеток разных типов, включая кератиноциты, макрофаги и фибробласты, на макроносителях. Влияние микроносителя на регенеративный потенциал будет изучен в моделях полнослойных ран кожи лабораторных мышей. Процессы заживления и регенерации будут изучены с использованием комбинации биометрических, гистологических и гистохимических методов. По результатам выполненных исследовательских испытаний будет проведена оценка эффективности и безопасности применения микроносителей и даны прогнозы о перспективах их использования для тканевой инженерии и регенеративной медицины.
2. Основным результатом разработки будут экспериментальные образцы биорезорбируемых микроносителей для доставки клеток в область заживления и регенерации ран, к которые должны обладать следующими свойствами:должны быть выполнены на основе фиброина и биологически активных веществ, влияющих на адгезию, пролиферацию и миграцию клеток, вовлеченных в процессы заживления и регенерации; все материалы для формирования экспериментальных образцов БМНДК и продукты их деградации должны быть нетоксичны для человека; должны иметь следующие параметры: концентрация полимеров в растворе для синтеза экспериментальных образцов должна быть не менее 20 мг/мл, диаметр частиц не менее 50 мкм; поверхность экспериментальных образцов должна представлять субстрат, обеспечивающий адгезию, пролиферацию и поддержание жизнеспособности клеток, вовлеченных в процессы заживления и регенерации; должны быть стабильны в водных растворах в течении не менее 96 часов; при инъекции лабораторным животным в область раны, экспериментальные образцы не должны являться причиной воспаления и отторгаться иммунной системой.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, являются биорезорбируемые микроносители для направленной доставки клеток, которые могут быть использованы для решения задач клеточной биологии, например, воздействия ростовых факторов на дифференцировку стволовых клеток. Создание с их помощью адекватной трехмерной среды роста для многих клеток является важнейшим фактором нормального функционирования, что позволит изучать различные внутриклеточные процессы в состоянии, максимально приближенном к естественному. На основе разрабатываемых микроносителей могут быть созданы модельные системы для исследования клеточной миграции, ангиогенеза, остеогенеза и других процессов. Кроме того, эта технология чрезвычайно перспективна в медицинском аспекте как основа для заполнения существенных кожных дефектов и ускорения регенерации кожных покровов, так и лечения повреждений различных типов тканей в условиях затрудненного к ним доступа. К ним относятся костная и хрящевая ткани, ткани печени, центральной нервной системы и др. С помощью гепатоцитов, культивированных на микроносителях возможно создание экстракорпорального биоискусственного устройства для пациентов с тяжелыми поражениями печени, ожидающими ее пересадки. Культивирование человеческих стволовых клеток на микроносителях позволяет сохранить их плюрипотентность и направлять их дифференцировку, что открывает широкие возможности их использования в области регенеративной медицины. Создаваемые биодеградируемые микроносители в виде суспензий могут использоваться и в качестве резервуаров для таргетной доставки лекарств при лечении широкого спектра заболеваний.
2. В результате выполнения проекта будет получен экспериментальный образец нового биорезорбируемого микроносителя для направленной доставки клеток, вовлеченных в процессы регенерации, а также будут исследованы его биологические свойства. На основании полученных данных будет сделано заключение о возможности применения разработанных изделий медицинского назначения и возможность вовлечения в экономический оборот полученных научно-технических результатов. Выполненный на первом этапе анализ выявленных в соответствие с заданием патентного поиска по определению патентоспособности предполагаемого изобретения документов, показал следующее: на дату проведения настоящего исследования объект «Биорезорбируемые микроносители для доставки клеток в область заживления и регенерации ран» на территории стран, в отношении которых проводился данный поиск абсолютно идентичных решений найдено не было, поскольку все действующие на сегодняшний день на территории Российской Федерации патенты раскрывают решения, значительно отличающиеся от предлагаемого и, соответственно, не препятствуют его производству.
3. В настоящее время уже используются разнообразные биорезорбируемые скаффолды для ускорения заживления и регенерации кожных ран, проводятся разработки композитных трансплантатов, однако многочисленные методологические проблемы, связанные с самой процедурой трансплантации, а также процессами спонтанной деградации до конца не решены [Horch RE, Debus M, Wagner G, Stark GB. Cultured human keratinocytes on type I collagen membranes to reconstitute the epidermis. Tissue Eng 2000;1:53–67].
Использование микроносителей является альтернативной технологией заполнения и активации регенерации обширных повреждений кожи. Микроносители – это частицы от 100 до 400 мкм в диаметре, которые изготавливаются из различных материалов и могут использоваться для прикрепления клеток и последующего введения в рану. Впервые такой подход был описан van Wezel и соавт. [van Wezel, A.L. The large-scale cultivation of diploid cell strains in microcarrier culture. Improvement of microcarriers. Dev Biol Stand 37, 143, 1976]. Первые микроносители были изготовлены из DEAE Sephadex А-50. В настоящее время до клинических испытаний были доведены только микроносители из модифицированного желатина [Liu, J.Y., Hafner, J., Dragieva, G., Seifert, B., and Burg, G. Autologous cultured keratinocytes on porcine gelatin microbeads effectively heal chronic venous leg ulcers. Wound Repair Regen 12, 148, 2004] и было достоверно показано, что они способствуют реэпителизации и уменьшению размера ран. В последнее время для изготовления микроносителей используют различные материалы: полистирен, коллаген, желатин, полилактид и др. [Microcarriers and their potential in tissue regeneration. [Martin Y, Eldardiri M, Lawrence-Watt DJ, Sharpe JR.Tissue Eng Part B Rev. 2011 Feb;17(1):71-80]. Данные последних исследований в этой области показывают, что введение в кожные раны пористых биорезорбируемыхмых микроносителей, загруженных культивированными кератиноцитами человека, способствовало не только оптимальной реэпителизации раны, но и стимулировало регенерацию всех поврежденных слоев кожи [Gustafson CJ, Birgisson A, Junker J, Huss F, Salemark L, Johnson H, et al. Employing human keratinocytes cultured on macroporous gelatin spheres to treat full thickness wounds: an in vivo study on athymic rats. Burns 2007;6:726–35]. Таким образом, разработка биорезорбируемых материалов для создания суспензионных препаратов для эффективного лечения глубоких дефектов кожи является чрезвычайно актуальной задачей.
4.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения: тканевая инженерия, регенеративная медицина, травматология, хирургия, косметология.
2. Разработка и использование микроносителей из безопасных биодеградируемых материалов имеет значительный потенциал, как в фундаментальном, так и прикладном значении. Микроносители могут быть использованы для решения задач клеточной биологии, например, воздействия ростовых факторов на дифференцировку стволовых клеток. Создание с их помощью адекватной трехмерной среды роста для многих клеток является важнейшим фактором нормального функционирования, что позволит изучать различные внутриклеточные процессы в состоянии, максимально приближенном к естественному. На основе микроносителей созданы модельные системы для исследования клеточной миграции, ангиогенеза, остеогенеза и других процессов. Кроме того, эта технология чрезвычайно перспективна в медицинском аспекте как основа для заполнения существенных кожных дефектов и ускорения регенерации кожных покровов, так и лечения повреждений различных типов тканей в условиях затрудненного к ним доступа. К ним относятся костная и хрящевая ткани, ткани печени, центральной нервной системы и др. С помощью гепатоцитов, культивированных на микроносителях возможно создание экстракорпорального биоискусственного устройства для пациентов с тяжелыми поражениями печени, ожидающими ее пересадки. Культивирование человеческих стволовых клеток на микроносителях позволяет сохранить их плюрипотентность и направлять их дифференцировку, что открывает широкие возможности их использования в области регенеративной медицины. Создаваемые биодеградируемые микроносители в виде суспензий могут использоваться и в качестве резервуаров для таргетной доставки лекарств при лечении широкого спектра заболеваний.
3. Поскольку проект направлен на разработку изделий медицинского назначения, предназначенных для заживления и регенерации ран, результаты проекта могут быть востребованы государственными и коммерческими организациями, деятельность которых связана с продвижением на рынок инновационных высокотехнологичных медицинских изделий и лекарственных препаратов. К таким организациям, например, можно отнести ЗАО НПП «МедИнж» и Центр Высоких Технологий "ХимРар". Основные направления деятельности включают научные исследования, разработку, внедрение и продвижение инновационных медицинских изделий, эндопротезов и инплантатов для человека.
Потребителем разрабатываемых изделий медицинского назначения могут быть специализированные медицинские учреждения и отделы лечебных учреждений общего профиля, деятельность которых связана с лечением заболеваний и повреждений различных органов. Примером таких учреждений являются: ГБУЗ МО "МОНИКИ имени М.Ф.Владимирского", ФГБУ "Российский онкологический научный центр имени Н.Н.Блохина", ФГБУ «ФНЦ трансплантологии и искусственных органов им акад В.И.Шумакова», НИИ скорой помощи им. Н. В. Склифосовского, ФГБУ «Научный центр сердечно-сосудистой хирургии имени А.Н. Бакулева» Российской академии медицинских наук, ФГБУ «Российский кардиологический научно-производственный комплекс» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
4. На данном этапе оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры не производились.

Текущие результаты проекта:
В соответствии с План-графиком и Техническим заданием проекта была разработана научно-техническая документация на основе которой были получены экспериментальные образцы биорезорбируемого микроносителя для направленной доставки клеток (БМНДК). В соответствии с "Требования к объектам экспериментальных исследований" синтезированные экспериментальные образцы БМНДК имеют следующие параметры: концентрация фиброина шелка в растворе 20 мг/мл, размер микроносителей варьируется от 50 до 400 мкм. Анализ данных показал, что при продолжительной инкубации в нейтральной среде образцы БМНДК были стабильны, после 21 дня инкубации их масса изменялась не более, чем на 15%. Под воздействием гидроксильных радикалов реактива Фентона образцы БМНДК разрушаются к 3-й неделе менее, чем на 50%. Таким образом, можно считать образцы БМНДК устойчивыми к деградации в окисляющей среде в течение 3 недель. Деградация материала предполагает также и биорезорбцию БМНДК в условиях выраженного клеточного ответа или при развитии воспалительных процессов. В экспериментах in vitro было продемонмтрировано, что экспериментальные образцы БМНДК являются прекрасным субстратом для адгезии и пролиферации как иммортализованных, так и первичных клеточных культур.

По итогам выполненных работ 1-3 этапа была подготовлена статья, результаты проекта были представлены на 2 российских конференциях. На данный момент готовиться заявка на патент РФ на изобретение.