Введение к работе
Актуальность. Травматические повреждения центральной нервной системы являются причиной значительных изменений в качестве жизни человека. Исследование эпидемиологии травмы спинного мозга в период с 1995 по 2006 гг. выявило от 10 до 83 случаев на 1 млн. жителей в мире (Wyndaele, 2006), в России ее ежегодно получают более 8 тыс. человек (Леонтьев, 2003). За последние годы появилось много экспериментальных работ, посвященных разработке методов восстановительной терапии тяжелых повреждений спинного мозга с помощью средств клеточной терапии (Ogawa et al., 2002; Lima et al., 2010; Salewski et al., 2010; Park et al., 2011). При имплантации любого типа клеток в область дефекта спинного мозга происходит их массовая гибель из-за крайне агрессивной среды, в которую они попадают. Для того чтобы добиться успеха при имплантационных процедурах клетки необходимо имплантировать вместе с внеклеточным матриксом, который может выполнять несколько функций: физически восстанавливать целостность мозга, создавать благоприятную среду для имплантированных клеток, стимулировать их адгезию и миграцию, повышать регенераторный потенциал собственных клеток в очаге повреждения, обеспечивать регуляцию пролиферации и дифференцировки клеток, служить системой адресной доставки лекарств (Sykovа et al., 2006; Фомина, 2007; Брюховецкий, 2010; Хотимченко и др., 2012).
В качестве имплантируемого матрикса исследуют как природные полимеры - гиалуроновую кислоту (Wei et al., 2010), коллаген (Брюховецкий, 2008), так и синтетические материалы - полиакриловую кислоту (Woerly et al., 2004), полимолочную кислоту (Baumann et al., 2010), полиэтиленгликоль (Luo, Shi, 2007). В экспериментах по реконструкции спинного мозга матрикс имплантируют самостоятельно или используют как основу для тканеинженерной конструкции. Несмотря на большое число экспериментальных исследований, оптимальные матриксные материалы для регенерации спинного и головного мозга не разработаны. Исследования направлены на поиск таких материалов, которые будут способны поддерживать рост регенерирующих аксонов, дифференцировку имплантированных клеток, препятствовать избыточному развитию глиального рубца и при этом сохраняться в области имплантации длитель-
U U /" U гр
ный срок, достаточный для восстановления собственных тканей реципиента. Такими материалами, по нашему мнению, могут стать композиционные материалы на основе стандартизованных препаратов модифицированных растительных полисахаридов и некоторых белков животного происхождения.
Цель работы: разработка фармакологически активных имплантируемых биосовместимых матриксных гидрогелей для реконструктивной терапии травм центральной нервной системы.
Задачи исследования:
-
Получить и охарактеризовать препараты биополимеров внеклеточного матрикса.
-
Провести первичную оценку свойств препаратов биополимеров на культурах ней- ральных стволовых клеток эмбрионального мозга крыс.
-
Апробировать получение микроструктурированных матриксных материалов.
-
Разработать состав и схему приготовления имплантируемого композиционного матриксного гидрогеля.
-
Провести оценку биосовместимости композиционного матриксного гидрогеля.
-
Оценить возможность использования разработанного композиционного матрикса на модели острой спинальной травмы крыс в качестве консолидирующего нейрорепа- ративного геля, имплантируемого при реконструкции мозга в области травматического повреждения.
Положения, выносимые на защиту
-
-
Препараты модифицированных пектинов являются перспективным биоискусст
венным внеклеточным матриксом, который подавляет спонтанную дифференци- ровку нейральных стволовых клеток в культуре, сохраняя клетки, способные к дальнейшему росту и дифференцировке, что представляет интерес для биомедицинских клеточных технологий.
-
-
Композиционный гидрогель на основе препаратов модифицированного пектина,
коллагена I типа, NCl-гексамеров коллагена IV типа является биосовместимым матриксным материалом, перспективным для применения в качестве консолидирующего нейрорепаративного геля в реконструктивной терапии травм центральной нервной системы. Научная новизна. В работе продемонстрирована возможность применения препаратов модифицированных пектинов в качестве компонентов матриксных материалов, поддерживающих жизнеспособность нервных клеток, и в сочетании с другими компонентами способствующих восстановлению нервных проводников при имплантации в область острой травмы спинного мозга. Для создания имплантируемых композиционных матриксных гидрогелей впервые использованы препараты NC1- гексамеров коллагена IV типа птиц, для которых продемонстрирована предпочтительная адгезия и направленный рост культивируемых нейральных стволовых клеток эмбрионального мозга крыс. Разработаны оригинальные имплантируемые композиционные матриксные гидрогели, являющиеся биосовместимыми и биодеградируемы- ми.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты, полученные в работе, способствуют более глубокому пониманию процессов взаимодействия клеток и внеклеточного матрикса, расширяют представления о спектре фармакологических свойств растительных полисахаридов и связи структуры и физико-химических свойств пектинов с их фармакологической активностью. Практическая ценность работы заключается в разработке состава и способа приготовления матриксных гидрогелей, перспективных для применения в регенеративной медицине. Разработан лабораторный регламент получения композиционного матриксного гидрогеля. Разработанные материалы прошли первичные доклинические испытания, показавшие их безопасность и эффективность, и могут быть рекомендованы для дальнейшего изучения в качестве средств регенеративной медицины.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований были представлены на Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт- Петербург, 2010 г.), Всероссийской научной конференции «Регенеративная биология и медицина» (Москва 2011 г.), Школе-конференции для молодых ученых «Клеточные технологии для регенеративной медицины» (Санкт-Петербург 2011 года), годичных научных конференциях ИБМ ДВО РАН (2009-2011 гг.).
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ. Из них - 7 в рецензируемых периодических изданиях, рекомендованных ВАК, 4 публикации из которых являются полнотекстовыми статьями.
Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии в выполнении всех экспериментальных работ, обработке и анализе результатов исследований.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах печатного текста, иллюстрирована 29 рисунками, содержит 5 таблиц. Список литературы включает 228 источников.
Благодарности. Автор благодарит сотрудников ИБМ ДВО РАН: Ковалева Валерия Владимировича за помощь в освоении методов выделения, модификации и характеристики полисахаридов; Дюйзен Инессу Валерьевну за помощь в освоении методов работы с лабораторными животными и постановке модели экспериментальной травмы спинного мозга. Работа выполнена при финансовой поддержке государственных контрактов с Минобрнауки Российской Федерации №02.740.11.0292, №02.740.11.0450, №16.512.11.2178.
Похожие диссертации на Разработка биосовместимого композиционного матриксного гидрогеля для реконструктивной терапии травм центральной нервной системы
-
-
