Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Vitacoin

Коммерциализация регенеративной медицины

Как сделать «квартиру» для клетки

Екатерина Синельщикова, Полит.ру

Регенеративная медицина – одно из самых перспективных направлений с точки зрения коммерциализации науки. Речь идет о восстановлении поврежденных тканей при помощи субмикронных волокон и процессах их обновления. Собственно, все подходы к регенерации заключаются либо в ее активации, либо торможении – вплоть до замены целых органов. Научный сотрудник МФТИ Андрей Хоменко рассказал об исследованиях в сфере регенеративной медицины и о том, как можно создать искусственный сосуд. 

Хоменко начинает с простого: «Органы и ткани – это клетки на каком-либо каркасе. Каркасы бывают совершенно разные в зависимости от ткани, но они необходимы – выполняют опорную функцию. Просто плавать в жидкой среде клеткам "плохо". А чтобы клеткам было хорошо – неважно, будет это будущая искусственная кожа, почки или печень, мы должны сделать для них эти каркасы. Они называются клеточными матриксами. Технологий производства клеточных матриксов на сегодняшний день довольно много».

К примеру, в качестве «квартиры» для клеток учеными используется некая пористая структура, в которой размер поры приблизительно соответствует размерам клеток. По словам Хоменко, такая структура может быть биоразлагаемой – со временем клетки уничтожат «съедобный» каркас и образуют свой.

Хорошо на роль биодеградируемого материала для клеточных матриксов подходят биополимеры – как искусственного (синтезируемые), так и природного происхождения. Следующий этап – из бруска либо гранул биополимера нужно изготовить подходящий каркас. Один из методов, позволяющих сделать это, называется электроспиннинг. Применяя эту технологию, получают готовый каркас, состоящий из микро- и нановолокон полимера. В зависимости от подложки (плоская или цилиндрическая) полученный матрикс найдет свое применение как каркас для искусственной кожи или кровеносного сосуда.

Функции и свойства каркаса неразрывно связаны с будущим органом, который на этом каркасе планируется вырастить. Для некоторых цилиндрических искусственных органов помимо общих требований необходимо соблюсти еще одно – каркас должен содержать кольцевые небиодеградируемые вставки, обеспечивающие механическую прочность. Например, этого требует искусственная трахея – новый проект НБИК-центра Курчатовского института, Лаборатории регенеративной медицины МФТИ и одного из самых знаменитых трансплантологов Паоло Маккиарини.

Направление регенеративной медицины активно развивается во всем мире. Несколько месяцев назад в Каролинском университетском госпитале Стокгольма (Швеция) была проведена первая в мире пересадка искусственной трахеи. Паоло Маккиарини прооперировал 36-летнего мужчину с трахеальным раком – этот диагноз характеризуется высокой смертностью. Трансплантация трахеи, до появления ее синтетического аналога имела многие недостатки: в первую очередь это ограничения, связанные с дефицитом донорских органов соответствующего размера. Теперь такая операция стала более доступной, можно практически исключить риск отторжения – выращенный каркас покрывают стволовыми клетками самого пациента. 

«Сейчас мы активно работаем над созданием матриц для выращивания искусственных сосудов и трахей, – Хоменко рассказывает, в чем суть совместного проекта. – В организме человека очень много образований, которые имеют полую, цилиндрическую форму. Иногда их нужно заменить из-за какой-то болезни. Что для этого надо? Во-первых, нужно изготовить каркас – полую цилиндрическую трубку из биополимера. Электроспиннингом эта матрица получается очень легко. Достаточно плоскую подложку, которая используется для предварительных опытов, заменяем на барабан, диаметр которого соответствует диаметру сосуда, и начинаем пылить на него полимерное волокно, одновременно его вращая. Потом только вынимаем барабан и у нас получается трубка - готовый каркас».

Сама технология относительно простая. Для нее не требуется дорогостоящего оборудования, но очень важно подобрать параметры эксперимента. Естественно, что электроспиннинг – не панацея и не универсальная технология. Например, каркасы для искусственных органов, таких как печень или почки, вообще очень тяжело получить электроспиннингом – они объемные. Здесь лучше подойдут губки, или биопринтирование. А вот стенки сосуды тонкие, их сделать проще.

Электроспиннинг – это вытягивание волокон из раствора или расплава полимера при помощи приложения высокого постоянного напряжения. Технологии уже более 70-ти лет. Советский Союз был пионером в изобретении такого метода получения нановолокна. Поначалу электроспиннинг использовали не в биотехнологиях, а применяли для изготовления фильтров, особенно для атомной промышленности. Хороший пример – респиратор «Лепесток», с помощью которого ликвидировали последствия аварии на Чернобыльской АЭС. В СССР все работы по электроспиннингу были засекречены, и только ближе к 80-ым годам пришло понимание того, что по этой технологии можно сделать клеточный матрикс или каркас для искусственного органа и ткани. Но потом Советский Союз развалился, и эти работы были заморожены на долгий срок.

«Второе открытие электроспиннинг пережил в 90-х годах в Америке. Профессор Darrell Reneker заново переоткрыл метод. Он ничего не знал про советские разработки, начал с нуля и понял большой потенциал технологии. Он также начинал с небиодеградируемых крупнотоннажных полимеров, а затем перешел на биодеградируемые», – уточняет Андрей.

Процесс вытягивания волокон выглядит примерно следующим образом: есть прибор, с виду напоминающий обычный медицинский шприц, с тонкой иглой. Только вместо лекарства, он наполнен раствором полимера. Растворитель для каждого полимера свой. К примеру, для сахара плохим растворителем является спирт, а хорошим – вода.

«Мы работаем со многими биополимерами, – продолжает Хоменко. – Допустим, если это хитозан, то растворителем для него будет концентрированный уксус: 90% уксусной кислоты и 10% воды. Мы туда добавляем полимер, перемешиваем и получаем однородный, гомогенный раствор, который заливаем в устройство подачи – шприц, и начинаем прясть».

Раствор выдавливается на металлическую подложку под очень высоким напряжением – десятки киловольт. Один контакт батареи подключается к шприцу, а другой – к пластине. В основе всего метода простой физический постулат – одноименные электрические заряды друг от друга отталкиваются, а разноименные притягиваются. Такое огромное напряжение нужно для создания значительной силы расталкивания. За счет нее струйка и начинает растягиваться, увеличиваться в длине. А в диаметре, соответственно, уменьшаться. Если правильно подобрать все условия, то в полете весь растворитель успеет испариться и останется только нить из полимера, на подложку упадет сухое волокно. 

«Диаметр волокна может варьировать от 10 до 1000 нанометров, то есть до одного микрометра. А скорость волокнообразования (сколько волокна упадет за единицу времени на поверхность) сумасшедшая, достигает нескольких километров в секунду. За счет многократных переплетений и межволоконного взаимодействия получается хороший нетканый материал», – рассказывает Хоменко. Понятная аналогия для нетканого волокна – вата или салфетка, которые тоже состоят из спутанных, многочисленных волокон. 

После повторного открытия элетроспиннинга американскими коллегами, российские ученые расширили область применения технологии - была создана регенеративная ткань из нанофибры, в ходе испытаний показавшая положительные результаты. В Саратовском государственном университете имени Н.Г. Чернышевского из субмикронных волокон хитозана получили материал, больше известный, как «вторая кожа». Нетканое волокно и изготовленные из него пластыри обладают антибактериальными и ранозаживляющими свойствами. «Вторая кожа» самостоятельно рассасывается по мере заживления раны и быстро останавливает кровотечения. На вид она похожа на хлопчатобумажную ткань, хотя на ощупь гораздо нежнее.

Испытания показали, что на 14-день ожог 3-й степени практически вылечивается, если наложить на него синтетическую кожу. Ученые СГУ планируют завершить испытания к лету 2012 года, значит, в продаже разработка появиться не раньше 2013 года.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
24.04.2012

назад

Читать также:

Клеточные технологии готовы к внедрению, но...

Ученые петербургского Института цитологии разработали клеточные продукты, которые могут быть использованы при лечении пациентов с тяжелыми и обширными ожогами. В лаборатории Пинаева работают над технологиями восстановления костной ткани, хрящей и сердечной мышцы. Но внедрение клеточных технологий уперлось в отсутствие денег.

читать

Экспорт нетрадиционной ориентации

На ежегодной конференции по проблемам развития экономики и общества Э.Набиуллина предложила слезть с сырьевой иглы и заняться «нетрадиционным экспортом».

читать

Нанотехнологии: итоги первой пятилетки

За пять лет слово «нанотехнологии» в России стало привычным в нашем лексиконе и научное сообщество наконец достигло консенсуса по поводу того, что включает в себя это понятие.

читать

Европейско-российские прикладные исследования в биотехнологии

В марте 2012 ERA-IB2 запускает третий совместный конкурс научно-исследовательских разработок, основной целью которого станет создание совместных НИОКР в области промышленных биотехнологий.

читать

Что финансирует «Роснано»?

Опираясь только на российские разработки, наша наноиндустрия не достигнет к 2015 г. намеченного объема производства. Приходится брать все лучшее, что создается на Западе, и вкладывать деньги в российскую науку и образование.

читать

Миллиард долларов на инновации

Предложенный президентом бюджет предусматривает выделение миллиарда долларов на создание сети национальных институтов по инновациям в промышленности.

читать