Ученые Томского политехнического университета в сотрудничестве с исследователями из Университета Монтаны (США) предложили новый материал, перспективный для регенеративной медицины — восстановления поврежденных тканей и сосудов. Это трехмерный каркас из биодеградируемого материала, наполненный особыми ингибиторами, также полученными в Томском политехе. Они буквально «выключают» работу ферментов, отвечающих за реакцию воспаления, возникающую в иммунных клетках в ответ на внешние раздражители. В данном случае такой раздражитель — это собственно регенеративный материал. По словам ученых, предложенное решение — более простой способ управления иммунным ответом по сравнению с существующими. Последние результаты исследований опубликованы в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering (IF: 4,511; Q1).

«На данный момент у исследователей для регулирования иммунного ответа в арсенале не очень много инструментов. Можно работать с белками, но это сложно. Можно использовать соединения, которые просто убивают иммунные клетки, но они губительны и для других клеток. Мы пошли по другому пути и предлагаем использовать ингибиторы, размещенные непосредственно в сам материал для восстановления дефекта», — говорит один из авторов статьи, инженер лаборатории плазменных гибридных систем ТПУ Ксения Станкевич.

Подобные трехмерные каркасы из тонких полимерных нитей, переплетенных друг с другом в разных направлениях, называются «скаффолды». В регенеративной медицине их используют в случае травм костных и мягких тканей. Их размещают в месте дефекта, а новая ткань прорастает сквозь скаффолд и заполняет место травмы.

Исследователи из ТПУ и Университета Монтаны использовали для своих скаффолдов основу из биодеградируемого полимера поликапролактона. Изделия из него более эластичны и доступны по цене в сравнении с аналогами. Каркас из поликапролактона создавался методом электроспиннинга — вытягивания тончайших волокон из полимерного раствора под действием электрического поля. На стадии получения скаффолда в структуру полимера внедрялись ингибиторы. Это два соединения — IQ-1 (полное название — 11H-индено[1,2-b]хиноксалин-11-он оксим) и IQ-1E (полное название — 11H-индено[1,2-b]хиноксалин-11-он O-(O-этилкарбоксиметил) оксим).

«Ингибиторы нужны для подавления или замедления физиологических и физико-химических процессов. Они воздействуют на ферменты. Для этого фермент и ингибитор должны подходить друг к другу, как замок и ключ, — поясняет Ксения Станкевич. — Одна из групп ферментов, отвечающих за воспалительный процесс, — это группа JNK. В Томском политехе ранее мы получили новые перспективные ингибиторы, которые показали высокую биологическую активность в подавлении работы этих ферментов. Собственно, IQ-1 и IQ-1E. Особенность наших скаффолдов как раз и заключается в использовании специфических ингибиторов, а также в том, что мы можем их высвобождать из материала постепенно, оказывая пролонгированное действие. Это происходит в основном за счет постепенной естественной деградации полимера. Кстати, деградирует он до биосовместимой 6-гидроксикапроновой кислоты, которую организм человека может утилизировать».

 


Фото: механизм действия разработанных материалов: композитные скаффолды из поликапролактона высвобождают ингибитор IQ-1 и подавляют воспалительный ответ иммунных клеток. Источник: Ksenia S. Stankevich et al. // ACS Biomaterials Science & Engineering, 2019

Иммунный ответ клетки представляет собой целый каскад биохимических процессов. В данном случае ферменты JNK — лишь звенья в цепочке. Ингибиторы связываются с ферментами и блокируют их работу. Таким образом, при подавлении работы одного из звеньев «выключается» вся последующая цепочка реакций.

«В этой статье мы представляем результаты исследований на иммунных клетках, выделенных из человеческой крови, и клеточных линиях. В дальнейшем мы будем искать возможности для проведения исследований in vivo. В перспективе наши скаффолды могли бы применяться для восстановления дефектов мягких тканей, сосудов — для этого у поликапролактона подходящие механические свойства. Как пример — для снижения негативных последствий после инфаркта и инсульта, — отмечает ученый. — Скаффолды из различных материалов уже внедряются в медицинскую практику в развитых странах, но говорить об их широком применении пока не приходится. Но это вопрос времени, поэтому ученые продолжают искать наиболее эффективные материалы и биологически активные соединения».

Добавим, работа является результатом сотрудничества нескольких коллективов ТПУ под руководством доцента Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга Сергея Твердохлебова, профессоров Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера Андрея Хлебникова и Виктора Филимонова, а также профессора Марка Квина и ведущего научного сотрудника отделения микробиологии и иммунологии Университета Монтаны Игоря Щепёткина.

Работа выполнена в рамках стажировки Ксении Станкевич по программе Фулбрайта и финансово поддержана в рамках проекта Российского научного фонда (№ 17-15-01111) и является развитием работ проекта РНФ №16-13-10239 «Разработка и моделирование гибридных биодеградируемых скаффолдов с прогнозируемыми физико-химическими и иммуномодулирующими свойствами для тканеинженерных конструкций», результаты которого включены в доклад Российской академии наук о важнейших научных достижениях российских ученых в 2018 году.

Источники

Ученые предложили новый материал для регенеративной медицины, способный управлять иммунным ответом клеток
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 30/10/2019
Ученые предложили новый материал для регенеративной медицины, способный управлять иммунным ответом клеток
Российский научный фонд (рнф.рф), 30/10/2019
Ученые предложили новый материал для регенеративной медицины, способный управлять иммунным ответом клеток
Российский научный фонд (rscf.ru), 30/10/2019
Томские и американские ученые нашли материал, управляющий иммунным ответом клеток
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 30/10/2019
Ученые создали материал, который позволит снизить воспаление при регенерации тканей
ТАСС, 30/10/2019
Ученые создали материал, который позволит снизить воспаление при регенерации тканей
Seldon.News (news.myseldon.com), 30/10/2019
Ученые создали материал, который позволит снизить воспаление при регенерации тканей
Зеленоград info (зеленоград-инфо.рф), 31/10/2019
Ученые ТПУ в сотрудничестве с коллегами из США предложили новый материал для регенеративной медицины
1k.com.ua, 08/11/2019
Ученые ТПУ в сотрудничестве с коллегами из США предложили новый материал для регенеративной медицины
Научная Россия (scientificrussia.ru), 08/11/2019

Похожие новости

  • 05/09/2017

    Ученые из России и Европы испытают новый метод лечения рака

    ​Ученые из России, Германии и Латвии разрабатывают принципиально новый метод лечения рака, основанный на подавлении роста опухоли окружающими ее клетками, сообщила пресс-служба Томского госуниверситета (ТГУ).
    1022
  • 05/10/2019

    Эксперты SecNet: потепление усложняет жизнь населения Сибири и Арктики

    В ТГУ проходит семинар международной сети научных станций SecNet, объединяющей исследователей Сибири и Арктики. Ученые из России, Норвегии, Швеции и Великобритании представляют результаты исследований по лесным пожарам, таянию ледников, вечной мерзлоты и другим темам.
    361
  • 10/06/2019

    В НИИ онкологии Томска создают технологию профилактики и лечения метастазов

    ​Каждая двенадцатая женщина в мире заболевает раком молочной железы. В России грозная статистика усугубляется несвоевременной диагностикой (31,9% больных с запущенным опухолевым процессом) и, соответственно, высокой и скорой летальностью (7,4% пациенток умирают в течение года после постановки диагноза).
    531
  • 10/03/2017

    Российские ученые разработали новое вещество против вируса гриппа на основе природных соединений

    ​Ученые из Новосибирского института органической химии имени Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и Научно-исследовательского института гриппа в Санкт-Петербурге разработали новый продукт широкого спектра противовирусной активности, в основе которого лежат природные соединения: терпены и терпеноиды.
    2941
  • 14/04/2017

    Российские ученые приблизились к разгадке механизма выработки лечебных белков

    ​Ученые ТГУ и МГУ выявили механизмы, которые играют главную роль в продукции миокинов - белков, обладающих противовоспалительным действием. Полученные данные помогут активизировать выработку в организме веществ, снижающих уровень воспалительных процессов.
    1081
  • 13/07/2016

    Ученые ТГТУ приняли участие в XII Российско-Германской конференции по биомедицинской инженерии

    ​Сотрудники кафедры "Биомедицинская техника" - заведующий кафедрой профессор Сергей Владимирович Фролов и младший научный сотрудник Сергей Вячеславович Синдеев приняли участие в XII Российско-Германской конференции по биомедицинской инженерии, которая проходила с 4 по 7 июля в городе Суздаль.
    2010
  • 29/08/2016

    Международный консорциум ученых исследует Сибирский арктический шельф

    ​Более половины арктических территорий, имеющих государственную принадлежность, входят в состав Российской Федерации. Огромные запасы природных ресурсов, главная северная транспортная артерия - Северный морской путь, уникальные природные экосистемы, многочисленные северные народности - все вместе это настоящее достояние России.
    1376
  • 05/10/2016

    Ученые разных стран изучат возраст полезных ископаемых Сибири

    ​Ученые Томского госуниверситета (ТГУ) совместно со специалистами из Канады, США, Европы, Китая и Сибирского отделения РАН получили мегагрант, на который планируют создать новый аналитический центр по определению возраста геологических объектов, что поможет уточнить потенциал сибирских месторождений, сообщил доцент геолого-географического факультета вуза Игорь Гертнер.
    1224
  • 03/06/2016

    Экспедиция ТюмГУ продолжает исследования в томской тайге

    ​Исследователи Тюменского государственного университета - акарологи и энтомологи - продолжают обследование хвойных лесов Сибири на предмет поражения деревьев опасными вредителями - жуками-короедами.  Из последних особую опасность представляет уссурийский полиграф, широко распространившийся в Сибири и Европейской части России и приведший к масштабной гибели ценнейших деревьев - пихт.
    1832
  • 25/10/2019

    Василий Ярных: благодаря РНФ наше направление науки развилось в России просто с нуля

    ​Недавно стало известно, что нейробиологи из Томска под руководством профессора Василия Ярных планируют использовать новый подход для исследования повреждений головного мозга у пациентов с болезнью Паркинсона.
    513