БИОРЕЗОРБИРУЕМЫЕ СКАФФОЛДЫ НА ОСНОВЕ ФИБРОИНА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ

Использование тканеинженерных конструкций на основе скаффолдов, имитирующих внеклеточный матрикс живой ткани, открывает новые возможности в лечении различных патологий и травм, связанных с повреждениями тканей и органов. Фиброин шёлка тутового шелкопряда Bombyx mori является биосовместимым, биорезорбируемым полимером, обладающим высокой механической прочностью и эластичностью, что позволяет создавать на его основе скаффолды для регенерации различных тканей, в том числе костной. В представленной работе были получены фиброиновые скаффолды в виде пористых губок, плёнок и гибридных скаффолдов, представляющих из себя бислойные конструкции, в которых трёхмерная структура, свойственная скаффолдам в виде губки, ограничена с одной стороны плёнкой. Были исследованы структура скаффолдов и их биосовместимость: показано, что иммортализованные и первичные фибробласты, а также остеобластоподобные клетки успешно прикрепляются к поверхности исследованных скаффолдов и пролиферируют на ней. В экспериментах in vivo на модели дефекта бедренной кости крысы через четыре недели после имплантации пористого фиброинового скаффолда в области имплантата наблюдались многочисленные очаги остеогенеза, что свидетельствует об остеокондукции скаффолдов.

1. Albrektsson T., Johansson C. Osteoinduction, osteoconduction and osseointegration // Eur. Spine J. 2001. Vol. 10, suppl. 2. P. S96–S101.

2. Schroeder J.E., Mosheiff R. Tissue engineering approaches for bone repair: concepts and evidence // Injury. 2011. Vol. 42. N 6. P. 609–613.

3. Fillingham Y., Jacobs J. Bone grafts and their substitutes // Bone Joint J. 2016. Vol. 98, suppl. A. P. 6–9.

4. Miron R.J., Zhang Y.F. Osteoinduction: a review of old concepts with new standards. // J. Dent. Res. 2012. Vol. 91. N 8. P. 736–744.

5. Laurencin C., Khan Y., El-Amin S.F. Bone graft substitutes // Expert Rev. Med. Devices. 2006. Vol. 3. N 1. P. 49–57.

6. Wu S., Liu X., Yeung K.W.K., Liu C., Yang X. Biomimetic porous scaffolds for bone tissue engineering // Mater. Sci. Eng. R. Rep. 2014. Vol. 80. P. 1–36.

7. Melke J., Midha S., Ghosh S., Ito K., Hofmann S. Silk fibroin as biomaterial for bone tissue engineering // Acta Biomater. 2016. Vol. 31. P. 1–16.

8. Bagrov D., Zhuikov V., Chudinova Y., Yarisheva A., Kotlyarova M., Arkhipova A., Khaydapova D., Moisenovich M., Shaitan K. Mechanical properties of films and three- dimensional scaffolds made of fibroin and gelatin // Biophysics. 2017. Vol. 62. N 1. P. 17–23.

9. Orlova A.A., Kotlyarova M.S., Lavrenov V.S., Volkova S.V, Arkhipova A.Y. Relationship between gelatin concentrations in silk fibroin-based composite scaffolds and adhesion and proliferation of mouse embryo fibroblasts // Bull. Exp. Biol. Med. 2014. Vol. 158. N 1. P. 88–91.

10. Moisenovich M.M., Kulikov D.A., Arkhipova A.Y., Malyuchenko N.V, Kotlyarova M.S., Goncharenko A.V., Kulikov A.V, Mashkov A.E., Agapov I.I., Paleev F.N., Svistunov A.A., Kirpichnikov M.P. Fundamental bases for the use of silk fibroin- based bioresorbable microvehicles as an example of skin regeneration in therapeutic practice // Ter. Arkh. 2015. Vol. 87. N 12. P. 66–72.

11. Huang Y., Ren J., Ren T., Gu S., Tan Q., Zhang L., Lv K., Pan K., Jiang X. Bone marrow stromal cells cultured on poly (lactide-co-glycolide)/nano-hydroxyapatite composites with chemical immobilization of ARG-GLY-ASP peptide and preliminary bone regeneration of mandibular defect thereof // J. Biomed. Mater. Res. A. 2010. Vol. 95. N 4. P. 993–1003.

12. Sheikh Z., Hamdan N., Ikeda Y., Grynpas M., Ganss B., Glogauer M. Natural graft tissues and synthetic biomaterials for periodontal and alveolar bone reconstructive applications: a review // Biomater. Res. 2017. Vol. 21, 9

13. Liao S., Wang W., Uo M., Ohkawa S., Akasaka T., Tamura K., Cui F., Watari F. A three- layered nano-carbonated hydroxyapatite/collagen/PLGA composite membrane for guided tissue regeneration // Biomaterials. 2005. Vol. 26. N 36. P. 7564–7571.

14. Liao S., Yokoyama A., Zhu Y., Watari F., Ramakrishna S., Chan C.K. In vitro and in vivo behaviors of the threelayered nanocarbonated hydroxyapatite/collagen/PLGA composite // J. Bioact. Compat. Polym. 2010. Vol. 25. N 2. P. 154–168.

15. Zhang W., Zhu C., Ye D., Xu L., Zhang X., Wu Q., Zhang X., Kaplan D.L., Jiang X. Porous silk scaffolds for delivery of growth factors and stem cells to enhance bone regeneration. // PLoS One. 2014. Vol. 9. N 7. e102371.

16. Muraev A.A., Bonartsev A.P., Gazhva Yu.V. et. al. Development and preclinical studies of orthotopic bone implants based on a hybrid construction from poly (3-hydroxybutyrate) and sodium alginate // Sovrem. Technol. Med. 2016. Vol. 8. N 4. P. 42–49.

17. Polo-Corrales L., Latorre-Esteves M., Ramirez-Vick J.E. Scaffold design for bone regeneration // J. Nanosci. Nanotechnol. 2014. Vol. 14. N 1. P. 15–56.

18. Costa-Almeida R., Soares R., Granja P.L. Fibroblasts as maestros orchestrating tissue regeneration // J. Tissue Eng. Regen. Med. 2017. DOI: 10.1002/term.2405.

19. Akhmanova M., Osidak E., Domogatsky S., Rodin S., Domogatskaya A. Physical, spatial, and molecular aspects of extracellular matrix of in vivo niches and artificial scaffolds relevant to stem cells research // Stem Cells Int. 2015. Vol. 2015. Article ID 167025.

20. Tseng P.C., Young T.H., Wang T.M., Peng H.W., Hou S.M., Yen M.L. Spontaneous osteogenesis of MSCs cultured on 3D microcarriers through alteration of cytoskeletal tension // Biomaterials. 2012. Vol. 33. N 2. P. 556–564.

21. Goncharenko A.V, Malyuchenko N.V, Moisenovich A.M., Kotlyarova M.S., Arkhipova A.Y., Kon’kov A.S., Agapov I.I., Molochkov A. V, Moisenovich M.M., Kirpichnikov M.P. Changes in morphology of actin filaments and expression of alkaline phosphatase at 3D cultivation of MG-63 osteoblast-like cells on mineralized fibroin scaffolds // Dokl. Biochem. Biophys. 2016. Vol. 470. N 1. P. 368–370.

22. Oryan A., Alidadi S., Moshiri A., Maffulli N. Bone regenerative medicine: classic options, novel strategies, and future directions // J. Orthop. Surg. Res. 2014. Vol. 9, 18.