Создание композитных материалов на основе полимерных матриц с интегрированными стволовыми клетками

The use of Mesenchymal stem cells as therapies for disease, repair and regeneration of tissues is one of the new challenges in modern therapeutics. To facilitate the ability to localize, condition and protect cells, biocompatible porous membranes/ scaffolds are being developed that will improve the efficiency of these treatments.


Для восстановления утраченной структуры или функции органов все шире используются новые методы, основанные на применении клеточной трансплантологии и тканевой инженерии. Одной из ключевых задач в данном контексте является поиск эффективного способа доставки мультипотентных мезенхимных стромальных клеток (ММСК) в область поражения для коррекции различных типов патологий.

Уникальные свойства ММСК (возможность направленной дифференцировки, отсутствие экспрессии белков МНС II-го класса и экспрессия иммуносупрессорных белков) позволяют использовать их в разработке разнообразных схем лечения многих дегенеративных заболеваний, в регуляции иммунной системы, а также в протезировании с использованием биоматериалов, содержащих ММСК и сокультивируемые ММСК и фибробласты. Показано, что непосредственное введение суспензии клеток в область поражения малоэффективно для терапии вследствие быстрой элиминации клеток. Использование в качестве матрицы для культивирования и переноса клеточных продуктов нетоксичных, биосовместимых пленочных и 3D структур, которые могли бы обеспечивать оптимальные условия для адгезии, экспансии иммобилизованных клеток, способствовать интеграции имплантата с окружающими тканями, а также осуществлять доставку сигнальных молекул, инициирующих регенеративные процессы на клеточном уровне, делает трансплантацию значительно более эффективной.

Было проведено тестирование и модернизация свойств композитных материалов на основе производного природного полимера хитина - хитозана. При синтезе использовался принцип создания ориентированных полимерных материалов для максимальной реализации характеристик прочности, упругости и термоустойчивости. Кроме того, было показано, что введение гидросиликатных наночастиц монтмориллонита (ММТ) позволяет заметно улучшить механические характеристики композита. С использованием культуры дермальных фибробластов, а также ММСК, полученных из жировой ткани человека, нами проведен первичный анализ материалов с различными модификациями их физико-химических свойств (концентрации наночастиц ММТ, архитектоники пор, адгезивности для компонентов внеклеточного матрикса и др.) по критериям эффективности адгезии, миграции и пролиферации клеток, а также данным клеточной морфологии.

Применение в качестве регуляторного механизма наночастиц с одной стороны существенно расширяет возможности варьирования физико-химических свойств таких конструкций и, соответственно, их клинического применения, но с другой стороны ставит дополнительные задачи анализа возможного токсического влияния наночастиц на клеточные составляющие композита. Для оценки острой токсичности (через 24 ч культивирования) регистрировали уровень стабилизации белка р53 и образования фокусов гистона gamma-H2AX в опытных клетках. Для оценки воздействия в долгосрочной перспективе анализировали динамику укорочения теломер с помощью Flow-FISH (как маркер индуцированного репликативного старения дермальных фибробластов и ММСК) и эффективность колониеобразования ММСК (по числу F-CFU).


^1,2Смирнова Н.В., ^1,2Новикова П.Ю., ¹Смолянинов А.Б., ³Вилесов А.Д., ³Добровольская И.П., ³Юдин В.Е.
¹ООО «Покровский банк стволовых клеток», ²Институт цитологии РАН, ³Институт высокомолекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург