Разработка трехмерных конструктов заданной архитектоники для нейротрансплантации на основе биосовместимых материалов

-Какова тематика вашего исследования?

Наша команда совместно с сотрудниками ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН занимается разработкой 3D-конструктов (скаффолдов) для нейротрансплантации. Данные конструкты направлены на замещение утраченного участка головного мозга, например, после удаления опухоли или поврежденной в результате травмы нервной ткани. Они позволяют поддержать анатомическую структуру мозга и обеспечить свободный транспорт биологических жидкостей в области повреждения. Включение в состав скаффолдов биологически активных веществ также способствует прорастанию новых отростков нервных клеток; таким образом, конструкт может постепенно заместиться естественной тканью, что позволит восстановить функции ранее утраченного участка мозга.

-В чем сложность разработки трансплантата для головного мозга?

Существует много разработок в области заместительной терапии. Например, в клиниках регулярно проводят операции по замене костей, хрящей. Но, к сожалению, с мозгом не все так просто.

До сих пор не создан оптимальный прототип скаффолда для нейротрансплантации, поскольку разработчики не могут полностью исключить данный ряд проблем.

В первую очередь, важно, чтобы механические свойства скаффолда были схожи с таковыми с тканью головного мозга. К примеру, если конструкт будет слишком жестким, то прилежащие здоровые ткани будут повреждаться в процессе движения организма.

Второе, конструкты должны иметь высокую биосовместимость с нервными клетками. Имеется в виду, что нервные клетки должны легко прикрепляться к поверхности скаффолда, формировать отростки и функционировать. Также материал скаффолда и продукты его распада при деградации не должны проявлять токсического действия на нервные клетки. Следует также учесть реакцию иммунной системы. В случае не выполнения данных условий, повышается риск развития воспалительных реакций и отторжения трансплантата.

В третьих, необходимо подобрать архитектонику (структуру) скаффолда, в том числе оптимальный размер пор для распределения клеток, отростков клеток, прорастающих сосудов и для поддержания нормального метаболизма клеток.

Существует также вопрос о скорости биодеградации. Например, если конструкт разложится слишком быстро, то в поврежденном участке может не успеть пройти замена естественной тканью.

-Как вы стараетесь решить данные проблемы?

Есть несколько способов получения скаффолдов. Для наших разработок мы остановились на методе экструзионной 3D-печати. С использованием данного метода мы получаем 3D конструкт, состоящий из многочисленных, наложенных друг на друга решеток, которые напоминают пчелиные соты. Данная структура позволяет нервным клеткам закрепляться на скаффолде и обеспечивает свободное прорастание отростков и транспорт биологических жидкостей.

Материалом для скаффолда выступает гиалуроновая кислота. Она является основным компонентом внеклеточного матрикса мозга, соответственно, потенциально не токсична и совместима с клетками нервной системы.

Для стабилизации механических свойств и регуляции скорости деградации, гиалуроновую кислоту мы подвергаем модификации – метакрилированию.

Кроме того, в состав конструкта мы включаем биологически активные вещества – нейротрофические факторы (BDNF, GDNF). Это белки головного мозга, которые принимают активное участие в пролиферации клеток, росте отростков, а также способствуют выживаемости нервных клеток и поддержанию их активности в условиях стресса.

Конструкты тестируются на биосовместимость как in vitro с использованием нейрональных культур, так и in vivo в животной модели черепно-мозговой травмы.

Проект быстро развивается. На данный момент мы работаем над оптимизацией архитектоники скаффолда, а также подбираем оптимальный комплекс концентраций биологически активных веществ (в том числе нейротрофических факторов), который бы ускорил процессы регенерации нервной ткани в области повреждения.

Мищенко Татьяна Александровна