БИОПОЛИМЕРНЫЙ МАТРИКС

КОЛЛАГЕН VISCOLL^® ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ ДЕФЕКТОВ МЯГКИХ ТКАНЕЙ 

по ТУ 21.20.24-001-13257195-2020

Проблема нехватки донорских органов для пересадки заставляет искать биомедицинские решения, не требующие использования донорского материала. В настоящее время разработано множество методов, позволяющих приблизится к решению данной проблемы. Суть данных методов заключается в восстановлении целостности и функций тканей и органов с помощью имплантируемых трехмерных тканеинженерных конструкций (ТИК). Альтернативой может быть локальное введение биомедицинских клеточных продуктов (БМКП), состоящих из клеток, способных формировать внеклеточный матрикс самостоятельно, и вспомогательных компонентов. В состав поддерживающего биополимерного матрикса для локализованной имплантации клеток могут также входить факторы роста, которые способны оказывать стимулирующее действие на клетки поврежденной ткани. 

Основной функцией биополимерного матрикса является поддержание жизнеспособности включаемых в него клеток, а также механическое сопряжение с окружающими тканями в месте имплантации, с последующим его замещением естественным внеклеточным матриксом, построенным клетками. Поэтому принципиально важными свойствами, которыми должны обладать имплантируемые биополимерные матриксы, являются: высокая биосовместимость самой конструкции, отсутствие реакций иммунной системы на составляющий ее материал, а также тонкая геометрическая организация, которая допускает свободное перемещение жидкости внутри конструкции. Поскольку скорость диффузии метаболитов, в особенности макромолекул, невелика, размеры матрикса, окружающего живую клетку, не могут превышать 0,15 мм. Пористая структура биополимерного матрикса должна обеспечить протекание культуральной среды во время подготовки к имплантации и движение тканевой жидкости внутри имплантированной конструкции до момента формирования в ней капиллярного кровоснабжения. Сохранение жизнеспособности клеток в составе биополимерного матрикса требует доставки извне питательных веществ и вывода продуктов метаболизма; в противном случае гибель клеток в замкнутых ишемизированные зонах неизбежна. Универсальным современным способом создания биополимерного матрикса со сложной заданной геометрией и разрешением деталей на уровне 0,3 миллиметра является технология 3D принтинга. 

Таким образом, биополимерные матриксы, служащие основой формирования структуры БМКП и трехмерных ТИК, должны быть совместимы как с включенными в них клетками, так и с живыми тканями. Такие матриксы должны медленно распадаться в организме на безвредные компоненты, последовательно замещаясь внеклеточным матриксом, синтезируемым собственно клетками. Иммуногенность материала матрикса и продуктов его распада должна отсутствовать. Для формирования заданных структур с помощью современных методов 3D печати, материал матрикса не должен использовать посторонние наполнители или сшивающие агенты. Так, например, биополимерные матриксы, состоящие из синтетических или полусинтетических полимеров, используемые для создания трехмерных ТИК методом 3D принтинга, позволяют создавать объемные структуры с высоким разрешением. Однако ввиду потенциальной иммуногенности и низкой биосовместимости этих полимеров, их применимость в клинической практике весьма ограниченна. Благодаря уникальным свойствам биологической совместимости нативный коллаген является наиболее перспективным материалом для создания матриксов, формирующих БМКП и трехмерных ТИК. Однако, коммерчески доступные в настоящее время препараты коллагена образуют механически непрочные гидрогели. Слишком медленная скорость полимеризации таких препаратов коллагена не дает возможности использования их в качестве материала для создания сложных тканеинженерных конструкции методом 3D принтинга. 

В 2019 году данный проект был поддержан ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере». Это позволило создать уникальный продукт пригодный для формирования ТИК и БМКП, содержащих клетки, методом 3D принтинга. Высокая биосовместимость и безопасность созданного Изделия позволяет использовать его для создания новых имплантируемых медицинских изделий и биомедицинских клеточных продуктов.

Текущий статус проекта (на май 2022 года):

- Разработана стабильная масштабируемая запатентованная технология производства медицинского Изделия                          "Коллаген Viscoll^® для замещения дефектов мягких тканей по ТУ 21.20.24-001-13257195-2020"; 

- Налажено производство медицинского изделия на производственной площадке ООО фирмы "Имтек"; 

- Пройдены токсикологические и технические испытания медицинского изделия; 

- В июне 2021 года запущена процедура государственной регистрации данного медицинского изделия;

- В январе 2022 года получено уведомление от РЗН о принятии решения о выдаче разрешения на проведение клинических испытаний медицинского изделия;

- Идет поиск площадки для проведения клинических исспытаний медицинского изделия.

Научные публикации по теме проекта:

1. Isaeva E.V., Beketov E.E., Demyashkin G.A., et al. Cartilage formation in vivo using high concentration collagen-based bioink with MSC and decellularized ECM granules. Int J M Sci. 2022. 23(5):2703. https://doi.org/10.3390/ijms23052703
2. Vasilyev A.V., Kuznetsova V.S., Bukharova T.B., et al. Osteoinductive moldable and curable bone substitutes based on collagen, bmp-2 and highly porous polylactide granules, or a mix of HAP/b-TCP. Polymers. 2021. 13(22):3974. https://doi.org/10.3390/polym13223974
   
3. Beketov E.E., Isaeva E.V., Yakovleva N.D., et al. Bioprinting of Cartilage with bioink based on high-concentration collagen and chondrocytes. Int J M Sci. 2021. 22(21):11351. https://doi.org/10.3390/ijms222111351
   
4. Osidak E.O., Kalabusheva E.P., Alpeeva E.V., et al. Concentrated collagen hydrogels: A new approach for developing artificial tissues. Materialia. 2021. 20:101217.  https://doi.org/10.1016/j.mtla.2021.101217
   
5. Arguchinskaya N.V., Beketov E.E., Kisel A.A., et al. The technique of thyroid cartilage scaffold support formation for extrusion-based bioprinting. Int J Bioprint. 2021. 7:2. https://dx.doi.org/10.18063%2Fijb.v7i2.348
   
6. Osidak E.O., Osidak M.S., Sivogrivov D.E., et al. Viscoll collagen solution as a novel bioink for direct 3D bioprinting. J Mater Sci: Mater Med. 2019. 30(3):31. https://doi.org/10.1007/s10856-019-6233-y
7. Васильев А.В., Бухарова Т.Б., Кузнецова В.С., и др. Сравнение кинетики высвобождения импрегнированного костного морфогенетического белка-2 из биополимерных матриксов. Перспективные материалы. 2019. (4):13-27. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2019-4-13-27
   
8. Васильев А.В., Кузнецова В.С., Галицына Е.В., и др. Биосовместимость и остеогенные свойства коллаген-фибронектинового гидрогеля, импрегнированного BMP-2. Стоматология. 2019. 98(6-2): 5-11. https://doi.org/10.17116/stomat2019980625
   
9. Фатхудинова Н.Л., Васильев А.В., Бухарова Т.Б., и др. Перспективы использования коллагенового гидрогеля в качестве основы для отверждаемых и активированных костно-пластических материалов. Стоматология. 2018. 97(6): 78-83. https://doi.org/10.17116/stomat20189706178
   
10. Рябов С.И., Звягинцева М.А., Осидак Е.О., и др. Коллагеновый имплантат и мононуклеарные клетки пуповинной крови позволяют восстановить движение задних конечностей после удаления участка спинного мозга. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2017. 164 (9): 377–380. eLIBRARY ID: 29981582
    
11. Камалов А.А., Кирпатовский В.И., Охоботов Д.А., и др. Использование нового биоматериала на основе продуктов секреции мезенхимных стволовых клеток человека и коллагена для восстановления сперматогенеза на модели экспериментального крипторхизма. Технологии живых систем. 2017. 14 (1): 4–17. eLIBRARY ID: 29715171