Многослойная тканеинженерная конструкция на основе биодеградируемых и биосовместимых материалов для восстановления поврежденных желчных путей (Multilayered Tissue-engineered Construct Based on Biodegradable and Biocompatible Materials for Injured Biliary Tract Repair)

Abstract

Russian Abstract: Цель: Создать и оценить биологическую и физиологическую совместимость многослойной тканеинженерной конструкции желчного протока, основу которой составляет микроволокнистый каркас из биодеградируемого и биосовместимого полимера, с двухслойной адгезией на нем клеток, длительная дренажная функция которого обеспечивается его предварительной витализацией. Материал и методы: В работе использованы методы хирургического эксперимента, конфокальной и электронной микроскопии, иммуно-ферментного анализа, измерения клеточного индекса в реальном времени, гистологии, иммуногистохимии, а также комплекс методов клеточной биологии в условиях ЦКП «Регенеративная медицина». Образцы биосовместимых каркасов получены методом электроспиннинга из волокнистого поликапролактона, сополимеров молочной и гликолиевой кислот, диацетата целлюлозы и других полимеров. Методом эмульсионного электроформования были получены биосовместимые образцы микроволокнистого поликапролактона, содержащие биологически активные соединения GFP, EGF и генотерапевтический препарат «Неоваскулген» (плазмида VEGF165). Оценка высвобождения биологически активных соединений, их биологической активности in vitro и влияние на окружающие ткани проведены в лабораторных условиях, на клеточных культурах in vitro, а также при имплантации in vivo. Использовались 4 типа клеточных культур и 2 вида лабораторных животных. Проведены морфологические исследования эксплантированных образцов методами гистологии и иммуногистохимии. Для заселения биосовместимых микроволокнистых образцов использовались методы статичного, динамического и тканевого культивирования. Работа с лабораторными животными выполнялась в Центральном виварии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России. Результаты и их новизна: Впервые разработан и обоснован дизайн тканеинженерной конструкции желчного протока из модифицированных и комбинированных материалов, которая предназначена для предотвращения возникновения не только ранних, но и поздних послеоперационных осложнений при восстановительных операциях на желчных путях. Определено, что физиологическая совместимость многослойных каркасов с физико-механическими свойствами, соответствующими свойствам нативных тканей, может быть достигнута при использовании метода эмульсионного электроспиннинга. Установлено, что витализация каркаса тканеинженерной конструкции препаратом «Неоваскулген» и эпидермальным фактором роста обеспечивает пролонгированный и контролируемый выход веществ по мере резорбции каркаса для обеспечения ангиогенной функционализации трансплантата. Степень и эффективность внедрения: Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре госпитальной хирургии лечебного факультета и в практическую деятельность Отдела передовых клеточных технологий Института регенеративной медицины Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России. Применение: Разработанные способы получения биологически и физиологически совместимых тканеинженерных конструкций могут быть использованы в качестве элементов биоконструктора для получения моделей полых эпителиальных органов. English Abstract: Design of bioengineered organs is still complicated due to the lack of understanding of biological mechanisms that stimulate physiologically relevant conditions and induce relevant cellular media. Systematic review identified qualitative and quantitative requirements for tissue-engineered construct of the common bile duct. Tissue-specific approach was used to select materials, biologics, and cells for creation of physiologically relevant construct for injured biliary tract repair. Samples of fibrous scaffolds from PCL, PGLA, PLCL, and cellulose diacetate were created by electrospinning method and evaluated with MTT assay for cytotoxicity assessment. Mechanical properties of human bile duct sample and fibrous scaffolds were evaluated for Young's modulus and for percentage of elongation. Mechanical properties of fibrous materials were evaluated in vitro during degradation and erosion in various media. Fibrous PCL-scaffolds were formed by emulsion electrospinning with incorporation of following biomolecules: Neovasculgen gene-therapy drug (VEGF165 plasmid), EGF and GFP. The fluorescent microscopy of fibers confirmed volume modification by biomolecules. ELISA-test confirmed prolonged exit of EGF biomolecules from PCL-scaffold in vitro. Implantation of Neovasculgen-modified PCL-scaffold in rats showed vascular density increase in the implantation zone. Experimental swine model of iatrogenic bile duct injury was created and follow-up implantation of tubular fibrous PCL-scaffold in porcine bile duct showed a tissue-specific physiological biocompatibility of fibrous PCL. Fibrous three-layered scaffolds from PCL and PLCL/PLGA were obtained by electrospinning method and were tested for mechanical properties. The sample of three-layered scaffold from modified fibrous PCL and PLGA with incorporation of EGF and Neovasculgen was two-side seeded with bone marrow-derived mesenchymal stem cells and bile duct epithelial cells to obtain the tissue-engineered construct.