Экспериментальное исследование полимерных и биологических материалов для биоинженерной реконструкции верхних дыхательных путей in vivo
Решетов И.В.1, Васильев А.В.1, Батухтина Е.В.2, Киселева Е.С.1, Ребрикова И.В.1
1 МНИОИ им. П.А.Герцена МЗ РФ,
2 Институт Биологии Развития им. Н.К. Кольцова РАН,
3 Кафедра онкологии ГОУ ИПК ФМБА России**, Москва, Россия
Приложение «Нанотехнологии в онкологии» к журналу «Онкохирургия» за 2012 год. Том 4, №1
Цель исследования: сформулировать требования к биологическим свойствам носителя для многокомпонентного клеточного трансплантата, используемого для реконструкции верхних дыхательных путей.
Материалы и методы. Проведено экспериментальное исследование на 40 лабораторных животных – кроликах. Предметом экспериментальных исследований было изучение механизмов взаимодействия биоматериалов с компонентами многокомпонентного клеточного трансплантата. Особый интерес представляла оценка поведения хондроцитов на подложках-носителях и «in vivo». В работе были использованы следующие полимерные и биологические носители: биодеградируемая пористая губка «ЭластоПОБ-3D» изготовленная на основе бактериального сополимера полиоксибутирата с валератом и полиэтиленгликолем; «Биоматрикс», являющийся декальцинированной кортикальной костью; гранулы гидроксиаппатита; полимер из солей молочной кислоты; аллогенная надкостница, аллогенная кость.
Предварительно производилось культивирование хондроцитов на поверхности подложки-носителя. Затем производилась имплантация клеточного трансплантата в сальник на 2 недели. Контрольную группу составляли животные с имплантированным клеточным эквивалентом (хондроциты в коллагеновом геле) в сальник. Через две недели животные выводились из эксперимента, производилась визуальная и морфологическая оценка трансплантата.
Результаты. Суммарно оценивая результаты имплантации хондроцитов на различных носителях в сальник, при гистологическом исследовании, во всех группах животных было выявлено наличие воспалительной инфильтрации с продуктами биодеградации подложки-носителя без наличия хрящевой ткани. В контрольной группе животных и у одного животного при имплантации на «Биоматрикс» выявлено сохранение аллогенных хондроцитов. Необходимо отметить, что при имплантации на «Биоматрикс» отмечалась выраженная воспалительная инфильтрация и наличие некробиотических масс вокруг трансплантата. Можно предположить, что наличие некробиотических масс в виде волокон является продуктом резорбции «биоматрикса». Кроме того, очаги гранулематозного воспаления имелись и в контрольной группе животных, связанных скорей всего с наличием шовного материала.
Выводы. Проведенные морфологические исследования показали, что наличие любой, даже незначительной воспалительной реакции организма на подложку-носитель является губительной для хондроцитов, препятствует формированию многослойной структуры-хряща и приводит к его лизису. Представленные результаты исследования позволили сформулировать основные свойства, которым должен отвечать носитель: не должен оказывать токсического, аллергического, воспалительного, канцерогенного действия; носитель должен иметь структуру благоприятную для адгезии стволовых клеток, но препятствовать прорастанию сосудов внутрь, по возможности иметь трехмерную структуру (необязательно); носитель должен обладать достаточной прочностью - каркас трахеи; длительный срок биодеградации – не менее 6-х месяцев; при биодеградации не должен фрагментироваться.