27/02/2017 ИЦиГ СО РАН

Новосибирские ученые изобрели искусственную замену человеческим сосудам

404 ИЦиГ СО РАН ИХБФМ СО РАН СО РАН РФФИ Инновации Науки о жизни Новосибирск ​Ученые Института цитологии и генетики СО РАН с участием студентов Новосибирского государственного университета совместно с Сибирским Федеральным биомедицинским исследовательским центром имени академика Е.Н. Мешалкина и Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН разработали эффективный метод получения тканеинженерных конструкций, свойства которых максимально приближенными к физиологическим.

Биопротезы, созданные на основе такой технологии, будут способны заменить сосуды человеку, нуждающемуся в трансплантации. Разработка биологов позволяет избежать негативных последствий: снижает риск воспаления, тромбоза и других иммунопатологических процессов, приводящих к повторному дефициту кровообращения.

Сосудистая хирургия сталкивается с проблемой получения заменителей сосудов малого диаметра. Использование сосудов от самого пациента часто невозможно по медицинским показаниям, а синтетические материалы имеют ряд физических недостатков. Тканевая инженерия предоставляет возможность решить эту проблему с помощью создания клеточно-наполненного сосудистого трансплантата. Ученые подбирают не только источники клеток, моделирующих естественную структуру сосуда, но и подходящие для их заселения материалы.

Новосибирские биологи разработали метод получения тканеинженерных конструкций на основе мембран из поликапролактона и хитозана, заселенных эндотелиальными и гладкомышечными клетками кардиальных эксплантов человека. Сочетание выбранных клеток и материалов необходимо, чтобы решить вопросы прочности, долговечности и физиологичности трансплантата.

— Для разработки тканеинженерных конструкций мы использовали эндотелиальные (выстилающие кровеносные сосуды) и гладкомышечные (создающие сосудистый тонус) клетки отходного послеоперационного материала миокарда человека, — рассказывает участник исследования, студент факультета естественных наук Анна Смирнова, которая работает в лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ под руководством кандидата биологических наук Ирины Захаровой. — Технология получения этих клеток была ранее разработана в нашей лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ (заведующий лабораторией — доктор биологических наук, профессор Сурен Минасович Закиян). Заселение сосудистых протезов этими клетками увеличит срок службы трансплантата за счет их способности вырабатывать межклеточный матрикс.

Ученые-разработчики предполагают, что таким образом снизится риск воспаления, тромбоза и иммунопатологических процессов, которые приводят к повторному дефициту кровообращения посредством закупорки просвета сосудов.

— Использование материала, состоящего из смеси хитозана и поликапролактона, для создания тканеинженерных конструкций, также имеет свои преимущества. Хитозан обладает благоприятными биологическими свойствами (отсутствие иммуногенности, биосовместимость, биоразлагаемость и антимикробная активность). Но полученные на его основе материалы не обладают достаточной механической прочностью. Поэтому хитозан смешивают с поликапролактоном, который компенсирует этот недостаток — смесь компонентов приносит больше пользы, чем каждый по отдельности, — говорит Анна Смирнова.

В ходе экспериментов ученые показали, что человеческие клетки после заселения на такие мембраны сохраняют свои функциональные свойства. Кроме того, исследователи вычислили оптимальное соотношение компонентов для более эффективной пролиферации клеток на поверхности материала. Исследование тканеинженерных конструкций из смеси хитозана и поликапролактона проведено пока только in vitro. Однако по его результатам уже сейчас можно сказать, что метод получения клеточно-заселенных тканеинженерных конструкций на основе смеси поликапролактона и хитозана может быть основой для разработки функциональных трансплантатов сосудов малого диаметра со свойствами, максимально приближенными к физиологическим. Биологи предполагают, что заселять трансплантат человека можно будет клетками самого пациента, что не вызывает отторжения и иммунной реакции.

Исследователи лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ провели эксперименты с использованием разработанной технологии заселения in vivo на модели мышей. В этих экспериментах использовали каркасы из синтетического материала поликарполактона, разработанные коллегами в лаборатории молекулярной медицины Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (заведующий лабораторией — кандидат биологических наук Павел Петрович Лактионов).

Эти каркасы предварительно заселялись клетками кардиальных эксплантов человека, полученными из отходного послеоперационного материала миокарда выходного отдела правого желудочка. Аспирант Сибирского федерального биомедицинского исследовательского центра им. Е.Н. Мешалкина, сотрудник Центра сосудистой и гибридной хирургии Саая Шораан (руководитель центра — доктор медицинских наук, профессор Андрей Анатольевич Карпенко) проводил операции по имплантации в аорту мышей таких клеточно-заселенных тканеинженерных конструкций на базе центра коллективного пользования "SPF-виварий".

— Было прооперировано 44 мыши, которые подразделялись на две группы (контрольные — с незаселенными заплатами из поликапролактона, и экспериментальные — с заселенными). Я принимала участие в эксперименте, — пояснила Анна Смирнова. — За животными наблюдали в течение 24 недель. Исследования с помощью УЗ и МРТ подтвердили, что после имплантации на протяжении всего срока эксперимента аорта остается проходимой, в биопротезе сохраняется пульсирующий кровоток. Для того, чтобы подтвердить сохранность клеток после трасплантации, в контрольных точках эксперимента (2, 4, 12, 24 недель после операции) проводили гистологический анализ, исследовали снимки с помощью конфокального микроскопа. В незаселенных клетками протезах не формируется специализированного эндотелиального и гладкомышечного слоя, что может впоследствии привести к стенозу и закупорке сосудов. Клеточно-заселенные тканеинженерные протезы формируют необходиимые функциональные слои клеток и хорошо интегрируются в окружающие ткани.

Таким образом, ученые показали, что клеточно-заселенные тканеинженерные конструкции имеют преимущество перед незаселенными, что особенно важно для разработки заментителей сосудов малого диаметра.

Проведённое исследование является частью проекта, финансируемого грантом РФФИ №14-04-00082.