Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины и способ его получения (варианты)



Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины и способ его получения (варианты)
Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины и способ его получения (варианты)
Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины и способ его получения (варианты)
Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины и способ его получения (варианты)
Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины и способ его получения (варианты)

 


Владельцы патента RU 2597085:

Кумейко Вадим Владимирович (RU)
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИБМ ДВО РАН) (RU)

Изобретения относятся к медицине, в частности к новому матриксному материалу для тканевой биоинженерии и регенеративной медицины и способам его получения. Матриксный материал разработан на основе растительного полисахарида - пектина со степенью этерификации не более 50% и белков внутриклеточного матрикса - коллагенов I и IV типов, который содержит указанные компоненты в следующих концентрациях: 0,5 - 2,0 вес.%, 0,1 - 1,5 вес.% и 0,01 - 0,5 вес.% соответственно. Способ получения имплантируемого матриксного материала для регенеративной медицины в форме гидрогеля заключается в смешивании при температуре не выше 5°С уксуснокислого раствора коллагена I типа до конечной концентрации 0,1-1,5 вес.% с раствором коллагена IV типа до конечной концентрации 0,01-0,1 вес.%, затем полученную смесь смешивают с предварительно приготовленным инициатором гелеобразования, включающим раствор хлорида кальция в концентрации, обеспечивающей процесс гелеобразования, нетоксичную буферную систему в количестве, обеспечивающем нейтрализацию смеси, и раствор хлорида натрия до физиологической концентрации; после чего вводят раствор пектина со степенью этерификации не выше 50% до конечной концентрации 0,5-2,0 вес.% и формируют гель путем повышения температуры смеси до физиологической. Также изобретение относится к способу получения имплантируемого матриксного материала для регенеративной медицины в форме гидрогеля, который заключается в смешивании при температуре не выше 5оС уксуснокислого раствора коллагена I типа до конечной концентрации 0,1-1,5 вес.% с раствором коллагена IV типа до конечной концентрации 0,01-0,1 вес.%, затем полученную смесь нейтрализуют, стабилизируют нетоксичной буферной системой и добавляют хлорид натрия до физиологической концентрации, после чего прибавляют раствор пектина со степенью этерификации не выше 50% до конечной концентрации 0,5 - 2,0 вес.%, получая жидкую композицию, из которой формируют гель. Изобретение позволяет получить биосовместимые имплантируемые материалы, обладающие низкой скоростью биодеградации и способностью стимулировать регенеративный процесс, в частности восстановление нервных проводников после травмы мозга. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретения относятся к медицине, в частности к новому матриксному материалу для тканевой биоинженерии и регенеративной медицины и способам его получения. Основной областью применения материала является реконструктивная терапия травм нервной системы и патологий, сопровождающихся нейродегенерацией. Материал может также применяться и для реконструктивной терапии повреждений других органов и тканей.

Аналогами настоящего изобретения являются различные биосовместимые полимерные материалы, предназначенные для тканевой инженерии и реконструктивной терапии. Среди аналогов могут быть рассмотрены изобретения, защищенные патентами РФ №2188206, МПК C07K 14/78, C07K 1/36, A61K 38/39, A61P 9/08, опубл. 2002 г., №2249462, МПК A61K 38/39, A61K 35/12, опубл. 2005 г., №2321597, МПК С08В 37/00, С08L 5/00, A61K 31/715, A61K 31/724, опубл. 2008 г.

Некоторые из перечисленных изобретений основаны на создании биосовместимого матрикса на основе компонентов, представленных исключительно различными формами коллагенов - ключевых белков внеклеточного матрикса (патенты №2188206 и №2249462). Такие материалы несмотря на продемонстрированные репарационные свойства имеют ряд существенных недостатков. Одним из недостатков материалов на основе коллагенов разных типов является их высокая скорость биодеградации в организме. В техническом решении, защищенном патентом РФ №2249462, заявлено, что полученный гетерогенный матрикс из препаратов коллагена двух классов позвоночных животных, представленный в виде двухфазной полимерной системы (твердые сферы в растворе денатурированного коллагена) согласно описанию изобретения обладает регулируемой скоростью деградации в организме. Однако ни в описании технического решения, ни в примерах, приведенных авторами изобретения, не указано, каким образом была решена известная проблема быстрой биодеградации имплантируемых коллагенов. Авторами изобретения также не продемонстрированы результаты экспериментов, позволяющих оценить скорость биодеградации данного материала. Ни в описании патента, ни в научных публикациях авторов изобретения, находящихся в открытом доступе, не указано об использовании методических подходов, позволяющих оценить скорость биодеградации коллагенов в области имплантации. В то время как из известных технических решений, описанных в научной литературе, скорость деградации коллагенов удается снизить посредством введения ковалентных сшивок между цепями полимера, а также введением коллагенов в сочетании с медленно деградирующими полимерами (такими как альгинат, хитозан, агароза). Данные способы являются единственными из описанных в научной и технической литературе. Другим недостатком материалов на основе коллагенов является отсутствие способности ограничивать формирование глиомезодермального рубца и цист с плотной оболочкой, которые возникают при естественном репарационном процессе после травматического повреждения мозга за счет миграции и адгезии клеток нейроглии и соединительной ткани. Данный недостаток коллагеновых материалов связан с высокими адгезионными свойствами в отношении клеток нейроглии и соединительной ткани. Структуры формирующегося рубца хотя и способствуют восстановлению целостности мозга, тем не менее формируют непреодолимый барьер для роста и регенерации отростков нервных клеток.

Известны матриксные гелевые материалы на основе гиалуроновой кислоты - углевода, формирующего аморфное вещество внеклеточного матрикса животных. Такие гели поддерживают жизнеспособность и аксональный рост нейронов дорзального ганглия цыпленка (Horn E.M., Beaumont M., Shu X.Z. et al. Influence of cross-linked hyaluronic acid hydrogels on neurite outgrowth and recovery from spinal cord injury //Journal of Neurosurgery-Spine. 2007. V. 6. P. 133-140).

Однако имплантация данных гиалуроновых гелей в область травмы спинного мозга крыс не способствует регенерации последнего. Внедрение гиалуронового геля в область повреждения коры головного мозга крысы ингибирует формирование глиального шрама, позволяет обеспечить миграцию клеток внутрь геля, но не поддерживает аксональный рост (Cui F.Z., Tian W.M., Hou S.P., et al. Hyaluronic acid hydrogel immobilized with RGD peptides for brain tissue engineering //Journal of Material Science: Materials in Medicine. 2006. Vol.17. P. 1393-1401). Этого недостатка лишены те же гели, но модифицированные с помощью иммобилизованных RGD-пептидов. В такие гели проникают не только различные клетки, но и активно прорастают регенерирующие аксоны.

Таким образом, без введения дополнительных компонентов или химической модификации, гиалуронат не способствует регенерации нервной системы. Другим ее недостатком, также как и других природных материалов животного происхождения, является быстрая биодеградация. Гели, состоящие только из гиалуроновой кислоты, полностью деградируют при подкожной имплантации уже через 2 недели (Hahn M.S., Teply B.A., Stevens M.M. et al. Collagen composite hydrogels for vocal fold lamina propria restoration //Biomaterials. 2006. Vol.27. P. 1104-1109).

Известны матриксы на основе альгинатов - полисахаридов, получаемые из бурых водорослей. Полимеры альгиновой кислоты легко образуют высокогидрофильные, иммунологически инертные и биосовместимые гели при добавлении к ним ионов кальция. Эти гели в отличие от гелей на основе гиалуроновой кислоты биодеградируют медленно в организме млекопитающих, однако при их имплантации в область травмы мозга они не обеспечивают рост аксонов и, соответственно, регенерацию нервных путей. Для придания таким материалам нейрорегенеративных свойств из гелей получают пористые губки, путем лиофильного высушивания материала (Suzuki K., Suzuki Y., Ohnishi K. et al. Regeneration of transected spinal cord in young adult rats using freeze-dried alginate gel //Neuroreport. 1999. Vol.10. P. 2891-2894). Только в таком виде материал на основе альгината стимулировал рост аксонов в поврежденном спинном мозге крыс, однако исследователям не удалось достигнуть существенного нейрорепаративного эффекта, который бы позволил значительно восстановить двигательную активность животных, регистрируемую по стандартной шкале оценки восстановления двигательной активности. Другим недостатком альгинатов является их низкие скорости набухания и растворения, что затрудняет их применение при процедурах получения матриксных материалов.

Наиболее близким техническим решением по количеству существенных признаков является имплантируемая пористая матрица для регенеративной медицины, формируемая из биологически совместимого полимера или полимерной смеси, в частности для этого используют растительные полисахариды и белки внеклеточного матрикса. Формирование матрицы ведут путем уплотнения частиц полимера и частиц хлорида натрия с использованием прессования. Затем из прессованного полимера удаляют частицы хлорида натрия растворением. В одном из вариантов матрицы после удаления из нее хлорида натрия поверхность покрывают белками внеклеточного матрикса, в том числе коллагенами I и IV типов (п. РФ №2392287, МПК С08J 9/26, A61L 27/56, опубл. 2010 г.).

К недостаткам данной матрицы следует отнести:

- она не предназначена для использования в качестве консолидирующего матрикса для реконструктивной и регенеративной терапии травм мозга, поскольку не препятствует формированию плотного глиомезодермального рубца и цист с плотной оболочкой в области травматического повреждения мозга;

- высокую пористость матрицы, которая обеспечивает после имплантации быстрое проникновение в ее структуру клеток, обладающих высокой миграционной и ремоделирующей матрикс способностью, что является нежелательным, поскольку приводит к высокой скорости биодеградации имплантата, который разрушается до момента прохождения медленных процессов восстановления поврежденных тканей, наблюдаемых при нейрорегенерации;

- механические свойства жесткого пористого матрикса хуже имитируют естественный внеклеточный матрикс мягких тканей по сравнению с таковым, представляющим собой гидрогель;

- имплантирование матрикса возможно только путем сложной хирургической операции, затрагивающей неповрежденные участки тела, поскольку необходимы процедуры диссекции тканей для получения открытого операционного поля;

- сложность способа приготовления матрикса, особенно в случаях получения композиционного матрикса, поскольку предусматривает процедуры прессования, циклы промывки растворителем и нанесения на подготовленные пористые поверхности других компонентов композиции, в связи с чем невозможно инъекционное низко травматическое введение материала и формирование матрикса непосредственно в участке имплантации.

Задачей настоящей группы изобретений является создание нового матриксного материала для регенеративной медицины, предназначенного, в частности, для реконструктивной терапии травм мозга, который обеспечивает регенерацию нервных проводников, обладает низкой скоростью биодеградации в организме млекопитающих, сопоставимой со скоростью регенерации, и способного ограничивать формирование плотных рубцов и крупных цист в очаге ремоделирования тканей.

Поставленная задача решается созданием нового имплантируемого матриксного материала для регенеративной медицины, на основе биосовместимой полимерной смеси из растительного полисахарида и белков внеклеточного матрикса коллагенов I и IV типов, в которой согласно изобретению в качестве растительного полисахарида используют пектин со степенью этерификации не более 50%, причем конечные концентрации компонентов в матриксном материале находятся в диапазоне, вес. %:

пектин со степенью этерификации не более 50% - 0,5-2,0,

коллаген I типа - 0,1-1,5,

коллаген IV типа - 0,01-0,5.

Кроме традиционных препаратов коллагена IV в имплантируемом матриксном материале также используют препарат его NCl-гексамеров.

Использование пектина со степенью этерификации не более 50% позволяет получать стабильные матриксы в форме гидрогелей, легко имплантируемые в области травматических повреждений, которые способны эффективно заселяться клетками регенерирующего участка и стимулировать регенерацию нервных проводников. Применение пектина в композиции с белками внеклеточного матрикса придает материалу низкую скорость биодеградации в организме и препятствует формированию плотных рубцов, поскольку уменьшает в составе композиции с белками их адгезионные свойства и таргетинг клеток, за счет которых формируются плотные структуры рубцов. Использование пектина со степенью этерификации не более 50% позволяет сформировать упорядоченные матриксные структуры типа «egg-box», в которые могут быть вовлечены и обратимо иммобилизованы за счет электростатических взаимодействий другие компоненты материала. Применение пектина со степенью этерификации, превышающей 50%, не обеспечивает формирование стабильных гидрогелей.

Введение пектина в концентрации ниже 0,5% не позволяет получать стабильные гидрогели, пригодные для создания имплантируемого матриксного материала, а превышение концентрации пектина более 2,0% в составе материала приводит к образованию плотного матрикса с большим модулем упругости, что не обеспечивает эффективное проникновение клеток и их отростков, необходимое для регенерации тканей.

Введение в состав материала коллагена I типа в количестве 0,1-1,5% способствует достижению заявленного технического результата, при этом использование концентраций менее 0,1% не обеспечивает материал необходимыми адгезионными свойствами, что не способствует росту нервных проводников и не обеспечивает эффективную регенерацию. Кроме того, снижение концентрации ниже указанного значения не придает имплантируемому материалу стабильность. Превышение концентрации коллагена I типа более 1,5% в составе композиции так же, как и в случае с пектином, приводит к формированию плотного матрикса с большим модулем упругости, что не обеспечивает эффективное проникновение клеток и их отростков, необходимое для регенерации тканей.

Использование в составе имплантируемого матриксного материала коллагена IV типа в конечных концентрациях 0,01-0,5% обеспечивает реализацию регенераторного потенциала клеток, приближает состав композиционного матрикса к таковому в развивающихся эмбриональных структурах, для которых характерны активная миграция клеток вдоль путей, маркированных коллагеном данного типа, что стимулирует, в частности, регенерацию нервных проводников. Снижение концентрации ниже 0,01% не является эффективным стимулом для роста отростков клеток, а превышение концентрации более 0,5% подавляет их рост.

Применение в составе имплантируемого матриксного материала коллагена IV типа в форме препарата его NC1-гексамеров, повышает эффективность применения коллагена IV типа как матриксного компонента, стимулирующего миграцию клеток и рост их отростков.

Заявленный технический результат достигается также способами получения имплантируемого матриксного материала.

Заявленный имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины в форме гидрогеля получают смешиванием при температуре не выше 5оС уксуснокислого раствора коллагена I типа до его конечной концентрации в матриксном материале 0,1-1,5% с раствором коллагена IV типа до его конечной концентрации в матриксном материале 0,01-0,5%. Затем полученную смесь смешивают с предварительно приготовленным инициатором гелеобразования, включающим раствор хлорида кальция в концентрации, обеспечивающей процесс гелеобразования, нетоксичную буферную систему в количестве, обеспечивающем нейтрализацию смеси, и раствор хлорида натрия до физиологической концентрации; после чего в полученную смесь вводят раствор пектина со степенью этерификации не выше 50% до конечной концентрации 0,5-2,0% и формируют гель путем повышения температуры смеси до физиологической.

Последовательность процедур смешения компонентов является принципиально важной, поскольку именно это обеспечивает достижение заявленного результата. Отклонение от данной схемы, в частности смешивание уксуснокислого раствора коллагена I типа непосредственно с раствором пектина, вызывает выпадение в осадок обоих компонентов, что не приводит к формированию матриксного материала в форме гидрогеля. А первичное смешивание раствора пектина с инициатором гелеобразования приводит к быстрому формированию геля и невозможности введения в его состав белков внеклеточного матрикса, что не позволяет получить композиционный материал.

Смешивание уксуснокислого раствора коллагена I типа до его конечной концентрации в матриксном материале 0,1-1,5% с раствором коллагена IV типа до его конечной концентрации в матриксном материале 0,01-0,1%, с последующим введением в полученную смесь предварительно приготовленного инициатора гелеобразования, при температуре выше 5оС приводит к быстрому формированию белкового геля, что не позволяет включить в его состав пектин.

Использование в составе инициатора гелеобразования хлорида кальция, который в конечной концентрации в матриксном материале составляет 1-10 мМ, обеспечивает процесс гелеобразования и позволяет сформировать упорядоченные матриксные структуры типа «egg-box», которые образуют гелевый матрикс посредством ассоциации молекул пектина с низкой степенью этерификации. Введение в состав инициатора гелеобразования нетоксичной буферной системы в количестве, обеспечивающем нейтрализацию смеси коллагенов, приводит к формированию гелей за счет ассоциации молекул коллагенов.

В качестве нетоксичной буферной системы в способе могут быть использованы, в частности, NaOH-N-2-гидроксиэтипиперазин-N′-этансульфоновая кислота (HEPES), NaOH-N-2-гидроксиэтилпиперазин-N′-3-пропансульфоновая кислота (EPPS).

Введение хлорида натрия в состав инициатора необходимо для создания физиологических условий, изотонических по отношению к клеткам млекопитающих.

Формирование гидрогелей стимулируется повышением температуры до физиологических значений, характерных для организма млекопитающего.

Лиофильное высушивание сформированного матриксного материала в форме гидрогеля позволяет получить пористый матриксный материал в форме губки, что способствует расширению области его применения, поскольку такой матрикс обеспечивает большую скорость заселения клетками, их ускоренную миграцию внутрь материала, что может являться преимуществом при создании биоискусственных аналогов тканей в лабораторных условиях.

Заявленный технический результат достигается также вторым способом получения имплантируемого матриксного материала для регенеративной медицины в форме гидрогеля, заключающегося в смешивании при температуре не выше 5оС уксуснокислого раствора коллагена I типа до конечной концентрации 0,1-1,5% с раствором коллагена IV типа до конечной концентрации 0,01-0,1%. Затем в смесь белков внеклеточного матрикса добавляют хлорид натрия до физиологической концентрации и нетоксичную буферную систему в количестве, обеспечивающем нейтрализацию смеси. После нейтрализации к смеси добавляют раствор пектина со степенью этерификации не выше 50% до конечной концентрации 0,5-2,0% и только после этого формируют гель.

Смешивание белков внеклеточного матрикса с хлоридом натрия до физиологической концентрации и с нетоксичной буферной системой в количестве, обеспечивающем нейтрализацию смеси, позволяет затем ввести раствор пектина и получить жидкую композицию, которую в последующем формируют в гелевый матрикс различными способами.

В одном из вариантов формирование геля проводят путем наслаивания на поверхность жидкой композиции раствора инициатора гелеобразования, включающего хлорид кальция в концентрации, обеспечивающей процесс гелеобразования, нетоксичную буферную систему, поддерживающую нейтральный рН и хлорид натрия до физиологической концентрации в матриксном материале, с последующим повышением температуры до физиологической.

Это позволяет получать имплантируемые матриксные материалы различной геометрии, поскольку предварительно подготовленную жидкую композицию можно поместить в различные сосуды, сформировать ровные поверхности и только затем выполнить процедуру формирования геля путем создания условий для гелеобразования. Это важно как при проведении научных исследований биосовместимых материалов, так и для создания имплантатов различной формы и назначения.

В другом варианте формирование геля производят путем введения жидкой композиции непосредственно в область имплантации в организм реципиента. Наличие свободных ионов кальция в жидкой среде организма и температура близкая к 37оС обеспечивают условия формирования геля непосредственно в области имплантации. Это позволяет отказаться от диссекции тканей для получения открытого операционного поля и избрать менее травматичный способ введения имплантируемой конструкции путем инъекции.

Примеры осуществления изобретений.

Для приготовления материала используют стерильные компоненты.

Пример 1.

Предварительно готовят инициатор гелеобразования путем смешивания 4 мкл 10М NaOH, 300 мкл 1M HEPES (титрованного раствором гидроксида натрия до рН 7,4), 300 мкл 5M NaCl, 60 мкл 1M CaCl2, 2,736 мл деионизованной воды

Для приготовления 10 мл имплантируемого матриксного материала в асептических условиях смешивают при температуре 0оС 1,1 мл раствора коллагена I типа с концентрацией 4,5 мг/мл, приготовленного на 0,03 М уксусной кислоте; 0,5 мл раствора коллагена IV типа в виде NC1-гексамеров концентрацией 1 мг/мл и 3,4 мл инициатора гелеобразования. Затем вводят 5 мл раствора пектина концентрацией 3% со степенью этерификации 30%, тщательно перемешивают и проводят формирование геля в термостате при температуре 37оС. Полученный матриксный материал представляет собой прозрачный гель, который содержит 1,5% пектина со степенью этерификации 30%, 0,5% коллагена I типа, 0,05% коллагена IV типа.

Пример 2.

Предварительно готовят инициатор гелеобразования путем смешивания 9 мкл 10М NaOH, 300 мкл 1M HEPES (титрованного раствором гидроксида натрия до рН 7,4), 300 мкл 5M NaCl, 100 мкл 1M CaCl2, 1,691 мл деионизованной воды.

Для приготовления 10 мл имплантируемого матриксного материала в асептических условиях смешивают при температуре 5оС 2,5 мл раствора коллагена I типа с концентрацией 6 мг/мл, приготовленного на 0,03 М уксусной кислоте; 0,1 мл раствора коллагена IV типа концентрацией 1 мг/мл и 2,4 мл инициатора гелеобразования. Затем вводят 5 мл раствора пектина концентрацией 4% со степенью этерификации 50%, тщательно перемешивают и проводят формирование геля в термостате при температуре 37оС. Полученный матриксный материал представляет собой прозрачный гель, содержащий 2% пектина со степенью этерификации 50%, 1,5% коллагена I типа, 0,01% коллагена IV типа.

Пример 3.

Предварительно готовят инициатор гелеобразования путем смешивания 4 мкл 10М NaOH, 300 мкл 1M EPPS (титрованного раствором гидроксида натрия до рН 7,4), 300 мкл 5M NaCl, 40 мкл 1M CaCl2, 1,356 мл деионизованной воды.

Для приготовления 10 мл имплантируемого матриксного материала в асептических условиях смешивают при температуре 5оС 1 мл раствора коллагена I типа с концентрацией 1 мг/мл, приготовленного на 0,03 М уксусной кислоте; 2 мл раствора коллагена IV типа концентрацией 2,5 мг/мл и 2,0 мл инициатора гелеобразования. Затем вводят 5 мл раствора пектина концентрацией 1% со степенью этерификации 10%, тщательно перемешивают и проводят формирование геля в термостате при температуре 37оС. Полученный матриксный материал представляет собой прозрачный гель, содержащий 0,5% пектина со степенью этерификации 10%, 0,1% коллагена I типа, 0,5% коллагена IV типа.

Пример 4.

Для приготовления 10 мл имплантируемого матриксного материала в асептических условиях в чашке Петри смешивают при температуре 0оС 1,1 мл раствора коллагена I типа с концентрацией 4,5 мг/мл, приготовленного на 0,03 М уксусной кислоте; 0,5 мл раствора коллагена IV типа в виде NC1-гексамеров концентрацией 1 мг/мл. К полученной смеси прибавляют 300 мкл 1M HEPES (титрованного раствором гидроксида натрия до рН 7,4), 4 мкл 10М NaOH, 300 мкл 5M NaCl, 2,796 мл деионизованной воды. Затем вводят 5 мл раствора пектина концентрацией 3% со степенью этерификации 30%, тщательно перемешивают. На поверхность полученной жидкой композиции аккуратно наслаивают равный объем раствора, содержащего 12 мМ хлорид кальция, 150 мМ NaCl, 50 мМ HEPES (рН 7,4), затем проводят формирование геля в термостате при температуре 37оС. Полученный матриксный материал сформированный в виде пласта геля с гладкими ровными поверхностями содержит 1,5% пектина со степенью этерификации 30%, 0,5% коллагена I типа, 0,05% коллагена IV типа.

Пример 5.

Для приготовления 10 мл имплантируемого матриксного материала в асептических условиях смешивают при температуре 5оС 1 мл раствора коллагена I типа с концентрацией 1 мг/мл, приготовленного на 0,03 М уксусной кислоте; 2 мл раствора коллагена IV типа концентрацией 2,5 мг/мл и нейтрализуют, добавляя к полученной смеси 300 мкл 1М HEPES (титрованного раствором гидроксида натрия до рН 7,4), 4 мкл 10М NaOH, 300 мкл 5М NaCl, 1,396 мл деионизованной воды. Затем вводят 5 мл раствора пектина концентрацией 3% со степенью этерификации 30%, тщательно перемешивают и заполняют полученной жидкой композицией шприц. После чего жидкую композицию вводят крысам путем выполнения инъекции в область имплантации. Через 1 и 10 суток после имплантации животных выводили из эксперимента путем декапитации. Образцы тканей, из области имплантации, исследовали на наличие сформированного матриксного материала. Исследования показали, что как при подкожной имплантации, так и в случае имплантации в область травматического повреждения спинного мозга введенная жидкая композиция формировала матриксный материал, представляющий собой гель. При исследовании гистологических срезов данных образцов на сроке 10 суток после имплантации наблюдали фрагменты имплантированного матриксного материала, содержащие клеточные элементы.

Пример 6. Матриксный материал получают согласно примеру 2, затем проводят его лиофильное высушивание. В результате чего в сформированном геле образуются поры, а сам готовый продукт представляет собой биополимерную губку.

Для доказательства функциональной работоспособности заявленных изобретений проводили следующие эксперименты. Результаты экспериментов демонстрируются фигурами 1-8.

На фиг. 1. представлены результаты культивирования нейральных стволовых клеток фетального мозга крыс на различных подложках, где: фиг. 1А - на полистироле, фиг. 1Б - на пектине, фиг. 1В - на матриксном (заявляемом) материале в форме гидрогеля.

На фиг. 2. представлена морфология имплантатов на основе пектинового гидрогеля (фиг. 2А и фиг. 2Б), заявляемого матриксного материала (фиг. 2В и фиг. 2Г), коллагена (фиг. 2Д и 2Е) на препаратах-срезах через 10 дней после подкожной имплантации крысам. На фиг. 2 использованы следующие обозначения: КГ - коллагеновая губка, КМ - композиционный матриксный материал, М - макрофаги, ФК - фиброзная капсула, С - сосуды.

На фиг. 3. представлена морфология имплантатов на основе пектинового (фиг. 3А, фиг. 3Б), заявляемого матриксного материала (фиг. 3В, фиг. 3Г, фиг. 3Д, фиг. 3Е) на сроках 1 месяц после подкожной имплантации (фиг. 3А, фиг. 3В, фиг. 3Г), 3 месяца после имплантации (фиг. 3Б, фиг. 3Д, фиг. 3Е). На фиг. 3 использованы следующие обозначения: КМ - композиционный матриксный материал, М - мышцы, ФК - фиброзная капсула. Двойная стрелка на фиг. 3Б обозначает область имплантации.

На фиг. 4. представлены изображения спинного мозга крыс на магниторезонансных томограммах через 4 дня после острой спинальной травмы и имплантации коллагеновой губки (фиг. 4А) и заявляемого матриксного материала (фиг 4Б).

На фиг. 5. представлены изображения покадровой видеосъемки различных групп экспериментальных животных в процессе движения, где: фиг 5А - из контрольной группы, фиг. 5Б - из группы «Пектиновый гель» и фиг. 5В - из группы «Матриксный материал» на 60 день после спинальной сегментэктомии.

На фиг. 6. представлен внешний вид задних конечностей крыс из контрольной группы (фиг. 6А), группы «Пектиновый гель» (фиг. 6Б) и группы «Матриксный материал» (фиг. 6В) на 60 день после сегментэктомии спинного мозга.

На фиг. 7. представлено гистологическое строение спинного мозга крыс из экспериментальной группы «Матриксный материал» через 3 месяца после операции. Окраска гематоксилином и эозином (фиг. 7А, фиг. 7Г); иммуногистохимическое выявление β-III-тубулина, вторичные антитела, конъюгированные с Alexa Fluor 546 (фиг. 7Б, фиг. 7В). Изображения получены методом светлого поля (фиг. 7А, фиг. 7Г), эпифлуоресцентной микроскопии (фиг. 7Б) и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (фиг. 7В - слитое изображение, полученное в проходящем свете и отраженном свете). Фиг. 7А - общий вид; фиг. 7Б - область, обозначенная прямоугольником на фиг. 7А; фиг. 7В - область рубца, стрелками указаны отростки нервных клеток, прорастающие в гель; фиг. 7Г - макрофаги в области рубца, где: М - макрофаги; НС - нейрональные структуры.

На фиг. 8. представлено гистологическое строение спинного мозга крыс из контрольной группы через 3 месяца после операции. Фиг. 8А - общий вид, окраска гематоксилином и эозином; фиг. 8Б, фиг. 8В - область, обозначенная прямоугольником на фиг. 8А; фиг. 8Б - иммуногистохимическое выявление β-III-тубулина (вторичные антитела, конъюгированные с Alexa 546); фиг. 8В - окраска ядер DAPI. Изображения получены методом светлого поля (фиг. 8А), эпифлуоресцентной микроскопии (фиг. 8Б, фиг. 8В). Где: НВ - нервные волокна, СК - стенка капсулы.

Для оценки биосовместимости материалов in vitro проводили культивирование нейральных стволовых клеток фетального мозга крыс с использованием в качестве матриксной подложки образцов, полученных по примеру 1. В качестве контроля клетки наносили на дно лунок планшета из полистирола или инкубировали на поверхности геля, сформированного из раствора пектина. Результаты культивирования нейральных стволовых клеток представлены на Фиг. 1. На Фиг. 1А представлен результат культивирования клеток на полистироле, где были обнаружены отдельные клетки униполярной, биполярной и триангулярной формы с короткими отростками, однако большинство клеток сохраняли сферическую форму, а значительная часть клеток формировала типичные конгломераты клеток - нейросферы. В культуре нейральных клеток на поверхности гидрогеля, сформированного из раствора пектина (Фиг. 1Б), практически не наблюдали рассеянных отростчатых клеток, вместе с тем, как и в предшествующем случае, для данного образца было отмечено формирование плотных нейросфер с редким высеванием клеток по периферии; формирование отростков и выраженных признаков дифференцировки не было отмечено для клеток, культивированных на данном материале. В культуре нейральных стволовых клеток на поверхности матриксного материала в форме гидрогеля (Фиг. 1 В) наблюдали формирование типичных нейросфер, однако характер распластывания клеток на периферии нейросфер на поверхности субстрата и морфология отростков значительно отличались от таковых контрольных культур. Так, в культуре нейральных клеток на матриксном материале наблюдали формирование длинных отростков, простирающихся на значительные расстояния от границ нейросфер. Жизнеспособность клеток во всех трех культурах достоверно не отличалась. Это доказывает, что полученный матриксный материал способен поддерживать жизнеспособные культуры клеток, не является токсичным и обеспечивает формирование длинных отростков нервных проводников.

В другом эксперименте проверяли скорость биодеградации материалов. Для этой цели из образцов, полученных по примеру 4, с помощью специального пробойника высекали диски диаметром 0,5 см, которые имплантировали подкожно крысам. В эксперименте использовали 36 белых крыс-самок линии Wistar массой около 250 г. Животных содержали в стандартных условиях вивария. Животных вводили в наркоз внутримышечным введением смеси золетила (2 мг/кг) и ксилазина (4 мг/кг). На спине выстригали шерсть и обрабатывали операционное поле раствором йода на 70% спирте. Разрезали кожу парамедиально и тупым рассечением делали карманы. В каждый карман помещали по одному имплантату. Каждому животному имплантировали 4 диска. В качестве контроля одной группе животных имплантировали диски, сформированные из пектина, а другой группе проводили имплантацию стерильной коллагеновой губки. Кожу ушивали шелком. Рану повторно обрабатывали спиртовым раствором и тетрациклином. Сразу после операции и в последующие три дня вводили подкожно профилактическую дозу антибиотика (цефтриаксон 40 мгк/г).

Животных выводили из эксперимента на сроках 10 дней, 1 месяц, 3 месяца глубоким эфирным наркозом. Извлекали имплантаты, фиксировали в 4% параформальдегиде, приготовленном на фосфатном буфере, в течение суток. Образцы отмывали фосфатным буфером и переводили в абсолютный этанол через серию водных растворов этанола. Заливали в парафин по стандартной методике. Изготавливали поперечные срезы толщиной 5 мкм. Окрашивали гематоксилином-эозином для выявления общей морфологии.

В течение всего срока эксперимента не было отмечено ухудшения состояния животных. Ни одно животное не погибло. В области имплантации не наблюдали макроскопических признаков воспаления - покраснения, отека.

Через 10 дней после имплантации были выявлены существенные различия в морфологии имплантатов из пектина и заявляемого матриксного материала. Пектиновый матрикс в значительной степени деградировал. В него проникли клетки, сформировали новую ткань, окружавшую островки еще недеградировавшего матрикса (Фиг. 2А, 2Б). Имплантат окружала капсула толщиной 99±18 мкм, состоявшая из фибробластов и синтезируемых ими коллагеновых волокон (Фиг. 2А). В этом слое фибробластов выявлялись многочисленные сосуды. Они являлись источником макрофагов, заселявших имплантат (Фиг. 2Б).

Разработанный матриксный материал деградировал в гораздо меньшей степени через 10 дней после имплантации (Фиг. 2В). В области имплантации сохранялась значительная часть имплантированного материала. Отчетливо выделялась центральная часть имплантата, не заселенная клетками. На периферии происходила активная инфильтрация имплантата клетками, в первую очередь фибробластами. Клетки заселяли имплантат не хаотично, а проникали в него друг за другом, образуя цепочки клеток, параллельные краю имплантата. Имплантат окружала рыхлая фиброзная капсула толщиной 104±10 мкм. Наблюдалась активная васкуляризация не только соединительной ткани, окружающей имплантат, но и самого матрикса (Фиг. 2Г). Через 10 дней после имплантации наблюдали процесс инфильтрации коллагенового имплантата нейтрофилами, макрофагами и фибробластами. При этом этот процесс шел неравномерно. В одних случаях (28%) в раннем периоде после имплантации коллагеновый имплантат был обильно инфильтрован клетками (фиг. 2Д), в других случаях (72%) не наблюдали значительной инфильтрации материала клетками, фрагмент коллагенового имплантата был окружен плотной фиброзной капсулой толщиной 48±12 мкм (фиг. 2Е). Через 1 месяц фрагменты коллагенового имплантата уже не выявлялись в области имплантации.

В области имплантации пектинового и разработанного матриксного материала клетки, ответственные за воспалительную реакцию, были немногочисленны. Выявлялись единичные лимфоциты, нейтрофилы не выявлялись. Очевидно, воспалительная реакция на собственно процесс имплантации к этому сроку уже завершилась. Имплантированные матриксы являлись иммуногически инертными и не вызывали существенной воспалительной реакции.

Через 1 месяц после имплантации пектиновый матрикс был в значительной степени резорбирован и замещен собственными тканями реципиента. На данном сроке наблюдали преобразование ткани, сформированной в области имплантации. Ткань приобретала сетчатый вид (Фиг. ЗА). Ячейки этой сетки местами сливались в полости, выстланные веретеновидными узкими клетками - фиброцитами. Внутри полостей присутствовали отростчатые клетки со слабоокрашенной цитоплазмой, округлым или овальным ядром - фибробласты. Фиброзная капсула уменьшилась, ее толщина составляла 32±12 мкм. Через 3 месяца ремоделированная зона имплантации уменьшилась в размере, при этом сохраняла ту же морфологию, что и на сроке 1 месяц (Фиг. 3Б). Фиброзная капсула, окружающая имплантат, полностью исчезла.

В разработанном матриксе через 1 месяц после имплантации количество клеток увеличилось, они равномерно заселили матрикс (Фиг. 3В, 3Г). Матриксный материал медленно деградировал, через 3 месяца его количество в области имплантации сократилось, но все еще оставалось существенным. Фибробласты, заселившие матрикс, ремоделировали имплантированный материал, изменяя его морфологию, в результате чего ткань, сформированная на месте имплантата, начала приобретать сетчатый вид (Фиг. 3Д). На фиг. 3Е представлена морфология области имплантации через 3 месяца на большем увеличении, на которой хорошо различимы фрагменты матриксного материала, окруженные клетками. Фиброзная капсула, окружавшая имплантат, уменьшилась. Ее толщина составляла 47±22 мкм.

Коллагеновая губка, имплантированная подкожно, была резорбирована в течение 2-4 недель. Через 1 месяц фрагменты коллагеновой губки уже не выявлялись в области имплантации. Через 10 дней после имплантации наблюдали процесс инфильтрации коллагеновой губки нейтрофилами, макрофагами и фибробластами. При этом этот процесс шел неравномерно. В одних случаях (28%) в раннем периоде после имплантации (10 дней) губка была обильно инфильтрована клетками (Фиг. 2В), в других случаях (72%) практически не наблюдали инфильтрации материала клетками, а фрагмент коллагеновой губки был окружен плотной фиброзной капсулой толщиной 48±12 мкм (Фиг. 2Д).

Из представленных результатов следует, что заявляемый матриксный материал, получаемый разработанными способами, обладает низкой скоростью биодеградации в организме млекопитающих, является биосовместимым и не токсичным in vivo.

Для итоговой оценки работоспособности заявляемых изобретений был проведен эксперимент, в ходе которого образцы матриксного материала, полученные по примеру 1, имплантировали в область травматического повреждения спинного мозга крыс. В качестве контроля одной группе животных имплантировали материал, сформированный из пектина, а другой группе проводили имплантацию стерильной коллагеновой губки.

Модель острой травмы спинного мозга создавали путем удаления фрагмента спинного мозга длинной 2 мм на уровне 12 грудного - 1 поясничного позвонка, согласно работам Вэрли (Woerly S., Pinet Е., De Robertis L. et al. Heterogeneous PHPMA hydrogels for tissue repair and axonal regeneration in the injured spinal cord // Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 1998. Vol. 9. P. 681-711; Woerly S., Doan D., Sosa N. et al. Reconstruction of the transected cat spinal cord follow-ing NeuroGel™ implantation: axonal tracing, immunohistochemical and ultrastructural studies // International Jornal of Developmental Neuroscience. 2001. Vol.19. P. 63-83).

Анестезию осуществляли ингаляцией медицинского эфира. Волосяной покров на спине животного обрабатывали антисептическим раствором. Выбривали операционное поле. Зону операционного поля обрабатывали 70% этиловым спиртом.

Кожу рассекали по спине, продольно, над позвоночником от 9 грудного до 3 поясничного позвонков. Подкожные фасции отделяли ножницами по уровню кожного разреза. С двух сторон от остистого отростка 12 грудного позвонка (Т12), вплотную к нему, выполняли 2 параллельных разреза длиной приблизительно 15 мм, отделяя мышцы от поверхности позвонка.

Проводили ламинэктомию на уровне 12 грудного позвонка, открывая прямой доступ к спинному мозгу. Спинной мозг пересекали одноразовым лезвием скальпеля. Кровотечение останавливали гемостатической коллагеновой губкой (ОАО Лужский завод "БЕЛКОЗИН"). После остановки кровотечения отсекали фрагмент спинного мозга длиной приблизительно 2 мм.

После полного гемостаза образовавшийся дефект спинного мозга в первой контрольной группе заполняли коллагеновой губкой. Во второй контрольной группе дефект заполняли пектиновым гелем, в экспериментальной группе - заявляемым матриксным материалом. Имплантат изолировали коллагеновой мембраной. После чего рану послойно ушивали.

В течение трех дней после операции проводили курс антибактериальной терапии: 100 мкл 5% цефтриоксона внутрибрюшинно 2 раза в день. Осмотр оперированных животных проводили ежедневно в течение 3 месяцев до окончания эксперимента. Мочу спускали дважды в день. Трофические нарушения оценивали по общему виду крыс, потере массы тела, состоянию волосяного покрова, наличию трофических язв, пролежней.

Животных выводили из эксперимента на сроках 10 дней, 1 месяц, 3 месяца глубоким эфирным наркозом.

Из всех прооперированных крыс 17 животных составляли первую контрольную группу - «Коллагеновая губка». Во вторую контрольную группу - группа «Пектиновый гель» - входили 7 животных. Экспериментальная группа - группа «Матриксный материал» - включала 19 животных.

Результаты имплантации трех типов биополимерных матриксов в область дефекта спинного мозга крыс выявили существенные различия между исследуемыми группами.

Магниторезонансные томограммы спинного мозга крыс на 4 день после операции показали, что в первой контрольной группе, дефект в которой заполняли коллагеновой губкой, область травмы характеризовалась сильным отеком (Фиг. 4А). Эффект развития отека в группе «Матриксный материал» был выражен существенно меньше (Фиг. 4Б).

Анализ двигательной активности животных проводили на основе видеозаписей, по три кадра из которых для каждой группы представлены на Фиг. 5. В первой контрольной группе у половины животных (55,5%) в течение всего периода наблюдения сохранялась параплегия задних конечностей. Начиная с 14 сут после операции регистрировали лишь слабые движения в тазобедренных суставах, дальнейшего улучшения не происходило (Фиг. 5А). У остальных животных произошло восстановление двигательных функций, которое достигло максимума на сроке 8 недель после операции и в среднем составляло 4,3 балла по шкале оценки локомоторной активности «ВВВ». У 42,8% животных наблюдали гипертонус одной из конечностей. Более чем у половины животных наблюдали явления аутотомии - животные отгрызали задние конечности или хвост, что представлено на Фиг. 6, где показан внешний вид задних конечностей крыс из первой контрольной группы (А), второй контрольной группы - «Пектиновый гель» (Б) и группы «Матриксный материал» (В) на 60 день после сегментэктомии спинного мозга. Для животных из группы «Матриксный материал» был отмечен нормальный вид задних конечностей (фиг. 6В).

В группе «Пектиновый гель» не наблюдали восстановления двигательной активности экспериментальных животных (Фиг. 5Б). У животных наблюдали лишь слабые движения в тазобедренных суставах (1-2 балла по шкале «ВВВ»). Отличительной чертой данной группы было отсутствие выраженных явлений аутотомии и гипертонуса (фиг. 6Б).

В группе «Матриксный материал» наблюдали довольно сильный разброс данных по таким показателям как восстановление двигательной активности, явления аутотомии и гипертонуса. У 1 крысы не было восстановления двигательной активности вплоть до конца эксперимента, но 1 задняя конечность при этом двигалась сразу после операции. Возможно, наличие одной рабочей задней конечности препятствовало физиологическому восстановлению второй конечности. Еще у 2 крыс тоже не было восстановления, но их вывели из эксперимента на сроке 10 дней, поэтому их дальнейшая судьба не известна. Хотя в целом у остальных животных этой группы на этом сроке двигательная активность оценивается от 1 до 6 баллов - от движений в тазобедренных суставах до активных движений в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах.

Через три месяца после операции у крыс из экспериментальной группы «Матриксный материал» отмечали дальнейшее улучшение двигательной активности задних конечностей. В этой группе наблюдали крыс, способных к самостоятельному передвижению с использованием обеих задних конечностей и периодической координацией их с передними. У одной крысы восстановилась двигательная активность только в одной задней конечности. У некоторых крыс обе задние конечности сохраняли физиологическое положение и использовались для ходьбы, хотя при этом вес не удерживался подошвенными поверхностями лап. В целом восстановление двигательной активности задних конечностей крыс из экспериментальной группы «Матриксный материал» варьировало от 5 до 15 баллов по шкале «ВВВ» через три месяца после имплантации. Максимальное восстановление двигательной активности животных в 15 баллов соответствовало стабильной подошвенной ходьбе и координации между передними и задними конечностями (Фиг. 5В).

Гистологический анализ спинного мозга крыс, подвергнутых сегментэктомии и последующей реконструктивной терапии, выявил следующие особенности в группах.

Были проанализированы гистологические препараты спинного мозга крыс из групп «Коллагеновая губка» и «Матриксный материал», выведенных из эксперимента в раннем послеоперационном периоде (10 дней после сегментэктомии и реконструктивной терапии).

В группе «Коллагеновая губка» в области травмы спинного мозга наблюдали экспериментально созданную полость, заполненную коллагеновой губкой. Внутри губки в некоторых местах отмечали скопления эритроцитов и лимфоцитов. Не наблюдалось массивной инфильтрации имплантата клетками реципиента. Губка не способствовала консолидации рострального и каудального фрагментов мозга, разобщенных травмой.

В группе «Матриксный материал» на этом же сроке отмечалось восстановление физической целостности спинного мозга путем консолидации с помощью материала рострального и каудального фрагментов. Часть рубца, прилежащая к ростральному участку мозга, представлена гомогенным рыхлым соединительнотканным рубцом, в котором почти не выявляются остатки геля.

Центральную область рубца заполняют многочисленные фрагменты геля, разобщенные тяжами ткани, в которых в том числе выявляются новые сосуды. При иммуноцитохимическом маркировании нейрональных структур антителами против β-III-тубулина интенсивно окрашивается ростральная и каудальная части мозга. В области рубца выявляются единичные нервные волокна.

В сером веществе спинного мозга в областях, прилежащих к области травмы, наблюдается гибель нейронов, особенно выраженную в каудальной части в контрольной группе. В группе «Матриксный материал» несмотря на деструктивные процессы серое вещество в каудальной части находится в более сохранной форме.

Были проанализированы гистологические препараты спинного мозга крыс из группы «Матриксный материал» через 1 месяц после операции. Наблюдали морфологическую картину строения тканей рубца и прилежащих тканей спинного мозга, отличную от контрольной группы. У животных данной группы формировался рыхлый рубец, в котором выявлялись нейрональные структуры, маркируемые антителами против β-III-тубулина. Астроцитарная реакция на границе ростральной сохранной части мозга и рубца была слабая, не наблюдалось плотной сети астроцитов и их отростков, которой обычно отводится важная роль в блокировании регенерирующих аксонов. Астроциты в рубце не выявлялись.

Через 3 месяца после операции в группе «Матриксный материал» наиболее типичная картина строения спинного мозга экспериментальных животных была следующей. Выявили выраженную консолидацию рострального и каудального фрагментов (Фиг. 7). В области травмы все еще выявлялись многочисленные фрагменты геля, разделенные тяжами ткани, в которых методом иммуногистохимии обнаруживались нейрональные структуры. На Фиг. 7А представлена гистологическая картина в области травматического повреждения и имплантации, выявляемая рутинным общеморфологическим окрашиванием срезов гематоксилином и эозином. Фиг. 7Б демонстрирует результат выявления нейрональных структур методом непрямого иммуногистохимического маркирования антителами против β-III-тубулина и получения изображения с помощью эпифлуоресцентной микроскопии. Область рубца была подробно изучена методом конфокальной лазерной микроскопии, которая подтвердила наличие значительного числа нейрональных структур (НС), прорастающих в имплантат (Фиг. 7В). На Фиг. 7 В видно, что отростки нейронов проникали непосредственно в гель, что подтверждает, что этот матриксный материал поддерживает регенерацию нервных проводников. В области рубца были видны макрофаги, что свидетельствует о продолжающемся процессе биодеградации имплантата (Фиг. 7Г).

В контрольной группе строение спинного мозга на сроке 3 месяца после операции также было неоднородным среди различных животных. Одним из распространенных вариантов - очевидно, самым неблагоприятным - стало формирование в области травмы посттравматической капсулы, которая препятствовала регенерации нервных волокон (Фиг. 8А). Некоторое количество нервных волокон прорастали по периферии, огибая капсулу, но они не были способны эффективно преодолеть этот барьер (Фиг. 8Б). Капсула состояла из значительного числа клеток, что подтверждалось окраской гистологических препаратов с помощью DAPI (Фиг. 8В). Внутреннее содержимое капсулы представлено также отчасти клетками и неклеточным содержимым. В другом случае в такой же капсуле отчетливо выявлялись полиморфноядерные нейтрофилы. Вероятно, капсула образовалась в результате слишком сильного воспалительного процесса и массивной инфильтрации лейкоцитов.

В других случаях у животных наблюдали формирование слишком плотного рубца. На границе спинного мозга и рубца продолжается дегенеративный процесс, сопровождающийся формированием патологических полостей. В этой области наблюдаются многочисленные макрофаги. Фрагментов имплантированного матрикса на этом сроке не выявляется, а сами ткани рубца представляют собой очень плотно упакованные коллагеновые волокна, ориентированные в поперечном направлении, что выявлялось специфической окраской с помощью пикросириуса красного. Очевидно, аксоны были не способны преодолеть такой барьер. Плотность астроцитов на границе сохранной ткани спинного мозга и рубца повышена, по сравнению с тканью спинного мозга в норме, а также с областью имплантации матриксного геля в описанной выше экспериментальной группе. В дистальной части рубца нервные клетки и их отростки не выявляются. В контрольной группе были также животные, демонстрировавшие некоторое восстановление двигательной активности задних конечностей, которое в целом было ниже, чем в группе «Матриксный материал».

В результате проведенного исследования удалось установить, что заявляемые изобретения, позволяют создать имплантируемый матриксный материал, обладающий не только биосовместимостью, продемонстрированной в экспериментах in vitro и in vivo при подкожной имплантации, но и обеспечивающей регенерацию поврежденного мозга, стимулируя частичное восстановление нервных проводников и препятствует образованию плотных структур рубца, который является непреодолимым барьером при нейрорегенерации.

Представленные выше результаты подтверждают, что создан композиционный матриксный материал для нужд регенеративной медицины и тканевой биоинженерии, обладающий следующими преимуществами.

1. Материал является биосовместимым и слабо иммуногенным, что наиболее выгодно отличает его от известных материалов на основе хитина и хитозана, для которых характерны достаточно выраженные иммунные реакции несмотря на ряд сходных физико-химических и функциональных свойств.

2. Материал способен эффективно обеспечивать процессы регенерации тканей, в частности при имплантации в область травматического повреждения спинного мозга лабораторных животных (крыс) он способствует восстановлению локомоторных функций крыс до 8,5±3,3 баллов по шкале «ВВВ», что существенно выше, чем при использовании всех указанных аналогов.

3. Материал обладает свойством медленной биодеградации, обеспеченной сочетанием в составе композиционного матрикса модифицированного растительного полисахарида (пектина со степенью этерификации до 50%) и белков внеклеточного матрикса, что способствует сохранению имплантированного материала в организме млекопитающих в течение нескольких месяцев. Такая скорость биодеградации соизмерима с медленной регенерацией тканей мозга и потому обеспечивает эффективный репарационный процесс. В этом отношении материал обладает преимуществом по сравнению с таковыми на основе коллагенов, а также гиалуроновой кислоты и ее производных, которые деградируют в организме млекопитающих в течение 1 месяца, при том что репарационный процесс требует периода в несколько месяцев.

4. Разработанный матрикс обладает способностью ограничивать формирование плотных структур рубца и цист с плотной оболочкой, которые возникают при естественном репарационном процессе после травматического повреждения мозга за счет миграции и адгезии клеток нейроглии и соединительной ткани. Структуры формирующегося рубца хотя и способствуют восстановлению целостности мозга, тем не менее формируют непреодолимый барьер для роста и регенерации отростков нервных клеток. Данное свойство, характерное для разработанного матрикса, является преимуществом по сравнению с чисто белковыми матриксами (на основе исключительно коллагенов, ламинина, фибронектина), которые в силу очень высоких адгезионных свойств для клеток нейроглии и соединительной ткани являются причиной формирования более плотной структуры рубца и могут создавать препятствия для регенерации аксонов.

5. Разработанный матриксный материал и способы его получения предусматривают такую схему формирования материала из отдельных компонентов, при которой процесс формирования структур гидрогеля требует исключительно физиологических условий среды и дополнительных инициирующих гелеобразование компонентов, не являющихся токсичными и применяемыми в физиологических концентрациях. Сам процесс формирования материала в виде композиционного гидрогеля протекает при 37°С, что делает возможным окончательное формирование материала внутри организма реципиента, что таким образом позволяет специалисту имплантировать не только предформированные изделия на основе композиционного материала (полученные путем преформинга), но и использовать инъекционную форму введения материала с постформингом внутри организма реципиента. Это может быть удобным при реконструкции небольших повреждений тканей или при отсутствии открытого операционного поля, доступного для хирургических манипуляций.

6. По сравнению с большинством аналогов материал обладает высокими иммобилизационными свойствами в отношении биогенных и ксеногенных субстанций различной химической структуры. За счет использования пектинов с низкой степенью этерификации формируются в процессе гелеобразования упорядоченные ячеистые структуры типа «egg-box» («коробки для яиц»). Такие структуры обладают свойством привлечения в ячеистую структуру различных субстанций. Это свойство пектинового компонента позволяет эффективно иммобилизовать другие компоненты материала.

1. Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины, включающий биосовместимую полимерную смесь из растительного полисахарида и белков внеклеточного матрикса коллагенов I и IV типов, отличающийся тем, что в качестве растительного полисахарида используют пектин со степенью этерификации не более 50%, причем конечные концентрации компонентов в матриксном материале находятся в диапазоне, вес. %:

пектин со степенью этерификации не более 50% 0,5-2,0
коллаген I типа 0,1-1,5
коллаген IV типа 0,01-0,5

2. Имплантируемый матриксный материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве коллагена IV типа используют препарат его NCl-гексамеров.

3. Способ получения имплантируемого матриксного материала для регенеративной медицины в форме гидрогеля, заключающийся в смешивании при температуре не выше 5°С уксуснокислого раствора коллагена I типа до конечной концентрации 0,1-1,5 вес.% с раствором коллагена IV типа до конечной концентрации 0,01-0,1 вес.%, затем полученную смесь смешивают с предварительно приготовленным инициатором гелеобразования, включающим раствор хлорида кальция в концентрации, обеспечивающей процесс гелеобразования, нетоксичную буферную систему в количестве, обеспечивающем нейтрализацию смеси, и раствор хлорида натрия до физиологической концентрации; после чего вводят раствор пектина со степенью этерификации не выше 50% до конечной концентрации 0,5-2,0 вес.% и формируют гель путем повышения температуры смеси до физиологической.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве коллагена IV типа используют препарат его NCl-гексамеров.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что сформированный гель подвергают лиофильной сушке.

6. Способ получения имплантируемого матриксного материала для регенеративной медицины в форме гидрогеля, заключающийся в смешивании при температуре не выше 5оС уксуснокислого раствора коллагена I типа до конечной концентрации 0,1-1,5 вес.% с раствором коллагена IV типа до конечной концентрации 0,01-0,1 вес.%, затем полученную смесь нейтрализуют, стабилизируют нетоксичной буферной системой и добавляют хлорид натрия до физиологической концентрации, после чего прибавляют раствор пектина со степенью этерификации не выше 50% до конечной концентрации 0,5 - 2,0 вес.%, получая жидкую композицию, из которой формируют гель.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве коллагена IV типа используют препарат его NC1-гексамеров.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что формирование геля ведут путем наслаивания на поверхность жидкой композиции раствора инициатора гелеобразования, включающего хлорид кальция в концентрации, обеспечивающей процесс гелеобразования, нетоксичную буферную систему, поддерживающую нейтральный рН и хлорид натрия до физиологической концентрации в матриксном материале, с последующим повышением температуры до физиологической.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что сформированный гель подвергают лиофильной сушке.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что формирование геля производят путем введения жидкой композиции непосредственно в область имплантации в организм реципиента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошку растворимого при низкой температуре полисахарида и полиола, частицы которого имеют по существу несферическую форму, причем полисахарид и полиол физически связаны друг с другом, полисахарид имеет форму частиц и полиол преимущественно имеет кристаллическую форму.

Изобретение относится к композициям для повышения вязкости водных сред. Композиция содержит смесь по меньшей мере одного катионного или поддающегося катионизации полимера и по меньшей мере одного анионного или поддающегося анионизации полимера.

Настоящее изобретение относится к биотехнологии и представляет собой α1,6-глюкан-содержащее соединение Helicobacter pylori. Настоящее изобретение также раскрывает конъюгат для индукции иммунного ответа против H.pylori, содержащий указанное соединение, конъюгированное с белком-носителем.

Изобретение относится к связующим композициям для изоляционных изделий на основе минеральной ваты. Предложена связующая композиция на основе минерального войлока или стекловолокна, которая включает по меньшей мере один сахарид, по меньшей мере одну органическую поликарбоновую кислоту, включающую от 2 до 4 функциональных карбоксильных групп и имеющую молекулярную массу менее или равную 1000, и по меньшей мере один полиорганосилоксан, содержащий по меньшей мере одну функциональную группу, способную реагировать с по меньшей мере одним из составляющих связующей композиции.

Изобретение относится к композициям пищевых пленок, содержащих ксантан и хитозан. Используется в фармацевтике, медицине, ветеринарии, пищевой или косметической промышленности.

Изобретение относится к способу получения биосовместимого биодеградируемого композиционного волокна и к волокну, полученному таким способом. Способ получения волокна заключается в смешивании предварительно диспергированного в водной среде с рН 5-7 в ультразвуковом поле с частотой v=20-100 кГц в течение 5-60 мин гидросиликатного наполнителя с хитозаном в количестве, соответствующем его концентрации в растворе 1 - 4 мас.%, при этом количество наполнителя составляет 0,05 - 2% от массы хитозана.

Изобретение может быть использовано при обработке бывшего в эксплуатации мехового полуфабриката для восстановления и стабилизации его потребительских свойств. Биополимерная композиция включает набухающий в воде полимер, в качестве которого используют водорастворимые препараты на основе природных биополимеров коллагена или хитозана, фосфолипид, жирующие вещества - жировая эмульсия на основе модифицированных природных и синтетических жиров и/или масел, бактерицидный препарат и водорастворимый диметикон. Изобретение позволяет оптимизировать состав композиции, повысить ее устойчивость во времени, увеличить спектр технологических свойств, позволяющих получить существенный эффект при восстановлении и стабилизации свойств мехового полуфабриката, потерявшего свои эстетические и эксплуатационные свойства.

Изобретение относится к фторированным соединениям, способу их получения, огнетушащим композициям, включающим фторированные соединения, и способам тушения, контролирования или предотвращения пожаров с помощью таких композиций.
Изобретение относится к способу получения натриевой соли гиалуроновой кислоты, модифицированной соединениями бора в отсутствии жидкой среды. .

Группа изобретений относится к области медицины и фармацевтики, а именно к иммуностимулирующей композиции в форме геля, имеющей температуру плавления перехода геля в золь выше 37°C и включающей от 0,1 до 6% растворимого бета-глюкана, который получен из дрожжей и содержит основную цепь из β-(1,3)-связанных остатков глюкозы и боковые цепи, включающие два или более β-(1,3)-связанных остатков глюкозы, при этом боковые цепи присоединены к основной цепи β-(1,6)-связью, и по существу не содержит повторяющихся β-(1,6)-связанных остатков глюкозы; и гелеобразующий агент, который представляет собой карбоксиметилеллюлозу или геллановую камедь, а также к способу ее получения и применения для облегчения заживления раны или язвы, для лечения мукозита слизистой оболочки полости рта, для лечения рака и для обеспечения пролиферации клеток кожи in vitro.

Изобретение относится к способу получения поперечно-сшитого геля полисахарида и применению его для длительного заполнения объемных дефектов кожи. В способе получают водный гель, содержащий полисахарид в поперечно-несшитой форме вместе с бифункциональным или многофункциональным эпоксидным сшивающим агентом, при температуре ниже 35°С.

Изобретение касается способа получения катетера, включающего гидрофильный гель. Способ включает этапы объединения полимерного фотоинициатора общей формулы R1(A1)r-(R2(A2)m-O)o-(R3(A3)n-O)p-R4(A4)s с одним или несколькими гелеобразующими полимерами и/или гелеобразующими мономерами с образованием матричной композиции.

Изобретение относится к области химико-фармацевтической промышленности, биотехнологии и медицины, а именно к способу получения композиции на основе модифицированного гиалуроната натрия и ее применению в различных областях медицины, ветеринарии и косметологии.

Изобретение относится к способу получения геля для покрытия медицинских устройств, гелю, полученному таким способом и медицинскому устройству, содержащему такой гель в виде покрытия.

Изобретение относится к способу формования криогеля поливинилового спирта, включающему криогенную обработку водного раствора поливинилового спирта или водного раствора поливинилового спирта, содержащего дисперсный наполнитель и/или растворимые вещества с образованием первичного криогеля в литьевой форме и последующее механическое воздействие на полученный криогель.
Изобретение относится к способу получения композитов на основе микрокристаллической целлюлозы, полученной негидролизным методом, для производства биоразлагаемых пленочных материалов с антиоксидантными свойствами.
Изобретение относится к композиционному влагоудерживающему материалу, который может быть использован в растениеводстве для улучшения водно-воздушного и питательного режима почвы, а также восстановления растительности на почвах разного типа.

Изобретение относится к нанофибриллярным целлюлозным гелям, предназначенным для широкого применения в промышленности и при заживлении ран. Способ их производства включает (a) подготовку целлюлозных волокон; (b) подготовку по меньшей мере одного наполнителя и/или пигмента; (c) объединение целлюлозных волокон и наполнителя и/или пигмента; (d) фибриллирование целлюлозных волокон в присутствии по меньшей мере одного наполнителя и/или пигмента до образования геля только из первичных фибрилл, наполнитель и/или пигмент выбирают из группы, включающей осажденный карбонат кальция, природный измельченный карбонат кальция, доломит, тальк, бентонит, глину, магнезит, сатинит, сепиолит, гунтит, диатомит, силикаты и их смеси.

Изобретение относится к углеродным материалам. Предложен углеродсодержащий материал, полученный пиролизом ксерогеля из гидрофильного полимера полигидроксибензол/формальдегидного типа и азотсодержащего латекса.

Группа изобретений относится к области медицины и фармацевтики, а именно к иммуностимулирующей композиции в форме геля, имеющей температуру плавления перехода геля в золь выше 37°C и включающей от 0,1 до 6% растворимого бета-глюкана, который получен из дрожжей и содержит основную цепь из β-(1,3)-связанных остатков глюкозы и боковые цепи, включающие два или более β-(1,3)-связанных остатков глюкозы, при этом боковые цепи присоединены к основной цепи β-(1,6)-связью, и по существу не содержит повторяющихся β-(1,6)-связанных остатков глюкозы; и гелеобразующий агент, который представляет собой карбоксиметилеллюлозу или геллановую камедь, а также к способу ее получения и применения для облегчения заживления раны или язвы, для лечения мукозита слизистой оболочки полости рта, для лечения рака и для обеспечения пролиферации клеток кожи in vitro.
Наверх