Источник изображения: НИТУ «МИСиС»
В Университете МИСИС представили биоэквиваленты мышечной ткани. В перспективе разработка может применяться для регенерации мышц после тяжелых травм и использоваться для тестирования препаратов.
Скелетная мышечная ткань не способна к самовосстановлению при обширных повреждениях, составляющих более 20% от первоначальной массы мышцы. В клинической практике в таких случаях применяется аутотрансплантация — пересадка собственных тканей пациента. Минусы данного подхода заключаются в нехватке донорского участка, осложнении или потери функции в донорской области. Альтернативным решением может стать имплантация выращенного in vitro биоэквивалента мышечной ткани.
«На счету учёных Университета МИСИС – ряд прорывных разработок, способных значительно улучшить качество жизни миллионов людей. Биоинженерия – это высокоперспективный терапевтический подход к созданию индивидуальных для пациента биоэквивалентов мышечной ткани, которые помогут улучшить мышечную функцию, стимулировать регенерацию, снизить потребность в донорском материале», — пояснила ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
«Чтобы в будущем создавать индивидуальные мышечные имплантаты для пациентов с тяжелыми травмами, требуются еще годы исследований. Но первые лабораторные результаты уже открывают хорошую перспективу. Полученные нами биомиметические материалы, в объеме которых распределены не одиночные клетки, а трехмерные клеточные структуры — сфероиды, могут стать хорошим фундаментом для направленного роста миобластов и формирования миотрубок», — сказала д.б.н., к.х.н. Елизавета Кудан, заведующая лабораторией тканевой инженерии и регенеративной медицины НИТУ МИСИС.
Выбор полимеров для электроформования с целью создания тканеинженерных конструктов — это не простая задача, так как материалы должны быть биосовместимыми, биодеградируемыми, электропроводными. Чтобы включить сфероиды в структуру, необходим водорастворимый полимер. При этом конструкция должна сохранять целостность в процессе культивирования клеток, чтобы впоследствии сформировалась ткань. Особенность технологии заключается в получении конструктов с ориентированными микроволокнами и распределёнными в объёме сфероидами.
«Электроформование полимеров с инкапсулированными сфероидами — это инновационный подход для получения конструктов, которые способны обеспечить направленный клеточный рост и стимулировать стадии миогенеза. Это связано с синергетическим эффектом усиленного взаимодействия клеток друг с другом и с анизотропным волокнистым матриксом», — отмечает выпускница программы «Биоматериаловедение iPhD» НИТУ МИСИС Екатерина Иванцова, чей проект был посвящен этой теме.
Выбор оптимальной концентрации клеток для формирования сфероидов зависит от нескольких факторов. При очень большой концентрации клеток на сфероид высокая плотность ткани будет достигнута быстрее. Но в то же время наличие большого диаметра у сфероида с плотноупакованными клетками может привести к гипоксии в его центре. Также очень большая концентрация клеток в сфероиде приводит к его утяжелению, вследствие чего он будет быстро оседать в шприце с полимером-носителем в процессе электроформования и получится неравномерное распределение биокомпонентов в трехмерном матриксе.
Разработка биомиметических тканей открывает возможности для высокопроизводительного и персонализированного тестирования лекарственных препаратов, что позволит сократить необходимость в испытаниях на животных, ускорить успешное внедрение лекарств в клинику и оптимизировать результаты лечения пациентов.