Ученые из лаборатории бионанотехнологий Казанского федерального университета объединили три биополимера, хитозан и агарозу (полисахариды) и белковый желатин, в качестве материалов для изготовления каркасов тканевой инженерии, и продемонстрировали повышение механической прочности (удвоенная поглощающая нагрузка), более высокое водопоглощение и Тепловые свойства хитозан-желатин-агарозных гидрогелей, легированных галлуазитом.
Хитозан, природный биоразлагаемый и химически универсальный биополимер, эффективно используется в антибактериальных, противогрибковых, противоопухолевых и иммуностимулирующих препаратах.
Чтобы преодолеть недостатки чистых хитозановых каркасов, такие как механическая хрупкость и низкая биологическая стойкость, хитозановые каркасы обычно легируют другими поддерживающими соединениями, которые обеспечивают механическое упрочнение, таким образом давая ?композитные биологически устойчивые каркасы.
Агароза – это полисахарид основной цепи на основе галактозы, выделенный из красных водорослей, обладающий замечательными механическими свойствами, которые используются при разработке каркасов тканевой инженерии.
Желатин образуется из коллагена путем гидролиза (разрушения тройной спирали на одноцепочечные молекулы) и имеет ряд преимуществ перед своим предшественником. Он менее иммуногенен по сравнению с коллагеном и сохраняет информационные сигнальные последовательности, способствующие адгезии, миграции, дифференцировке и пролиферации клеток.
Неровности поверхности пор каркаса из-за нерастворимых наноразмерных компонентов способствуют лучшей адгезии клеток к материалам каркаса, в то время как наполнители из наночастиц повышают прочность композитов.
Таким образом, исследователи добавили нанотрубки галлуазита в матрицу хитозан-агароза-желатин для создания имплантируемых трехмерных клеточных каркасов.
Полученные каркасы демонстрируют память формы при деформации и имеют пористую структуру, подходящую для адгезии и пролиферации клеток, что важно для изготовления искусственных тканей.
Макроскопические наблюдения подтвердили, что все образцы каркасов проявляли губчатое поведение с памятью формы и восстановлением формы после деформации как во влажном, так и в сухом состояниях.
Эксперименты по набуханию показали, что добавление галлуазита может значительно улучшить гидрофильность и смачивание композитных каркасов.
Включение нанотрубок галлуазита в каркасы увеличивает поглощение воды и, следовательно, улучшает биосовместимость. Внутренние свойства нанотрубок галлуазита могут быть использованы для дальнейшего улучшения биосовместимости каркасов за счет загрузки и длительного высвобождения различных биоактивных соединений.
Это открывает перспективу изготовления каркасов с заданными свойствами для направленной дифференцировки клеток на матриксах за счет постепенного высвобождения факторов дифференцировки.
Эксперименты с двумя типами раковых клеток человека (A549 и Hep3B) показывают, что адгезия и пролиферация клеток in vitro на нанокомпозитах происходит без изменений жизнеспособности и формирования цитоскелета.
Дальнейшая оценка биосовместимости и биоразлагаемости in vivo на крысах подтвердила, что каркасы способствуют образованию новых кровеносных сосудов вокруг мест имплантации. Каркасы демонстрируют отличную резорбцию в течение шести недель после имплантации крысам. Неоваскуляризация, наблюдаемая во вновь образованной соединительной ткани, расположенной рядом с каркасом, позволяет полностью восстановить кровоток.
Полученные результаты показывают, что каркасы, легированные галлуазитом, являются биосовместимыми, что продемонстрировано как in vitro, так и in vivo.
Кроме того, они подтверждают большой потенциал пористых каркасов из нанокомпозитов хитозан-агароза-желатин, легированных галлуазитом, в тканевой инженерии с потенциалом для длительной доставки лекарств из нанотрубок.