Самойлович М.И.1, Сергеева Н.С.2, Белянин А.Ф.1, Свиридова И.К.2, Житковский В.Д.1
(1 - Центральный научно-исследовательский технологический институт “Техномаш”, РФ; 121108, Москва, ул. Ивана Франко, 4; e-mail: samoylovich@technomash.ru;
2 - Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А.Герцена, РФ;125284, Москва, 2-ой Боткинский пр. 3; e-mail: mnioi@mail.ru)
Показана возможность формирования и применения биосовместимых опаловых матриц для культивирования мезенхимальных стволовых клеток. Рассмотрены особенности роста и строение структуры опаловая матрица - клеточные системы.
В настоящее время проводятся исследования различных органических и неорганических материалов с целью создания биосовместимых матриц, на которых можно культивировать и трансплантировать клетки (в том числе, стволовые). Область применения таких материалов достаточно широка: имплантаты жизненно важных органов; трансплантация клеток; трансдермальные или имплантируемые системы с контролируемым и регулируемым выходом биологически активных веществ. Одной из ключевых проблем создания биоискусственных органов и тканей является разработка биодеградируемых трехмерных матриксов (носителей) для клеток, в частности, планируется разработать биофункциональные имплантанты с использованием матриксов на основе трехмерных кубических упаковок наносфер SiO2. Строение образцов, сформированных из наносфер SiO2 диаметром ~200 нм и подготовленных для нанесения биологических объектов - клеточных систем, показано на рис. 1, а, б.
Рис. 1.
а) Объемные фрагменты опаловой матрицы (упорядоченная кубическая упаковка наносфер SiO2). На правой части снимка представлен увеличенный выделенный фрагмент.
б) Электронно-микроскопический снимок ступенчатого края объемного фрагмента опаловой матрицы (1?6 - ступени по краям плоскостей {111}) и модель четырех последовательно плотноупакованных слоев наносфер SiO2 (проекция на плоскость {111})
Изучалось взаимодействия как наночастиц, так и собственно наносфер SiO2 с клеточными системами с целью создания биосовместимых материалов - матриксов клеточных культур, пригодных для биомедицинского использования. Опаловые матрицы и комплексные биологические структуры (клеточные системы) на их основе (образцы размещались на подложках из Si) были изучены методом электронной микроскопии. Размножение и разрастание клеток (на модели иммортализованных фибробластов человека) происходит на поверхности фрагментов опаловых матриц с размером от единиц до десятков микрометров (рис. 2, а).
Рис. 2.
а) Взаимное положение частиц опаловой матрицы и клеток в сферической двухфазной структуре.
б) Электронно-микроскопический снимок взаимодействия частиц опаловой матрицы и клеток
На рис. 2, б представлены свободные фрагменты опаловой матрицы, расположенные по границе двухфазной структуры. Более твердая фаза (фрагменты опаловой матрицы) армирует мягкую фазу (клеточная масса) (рис. 2, а), давая возможность последней объемного роста.
На первом этапе рост фибробластовых клеток происходит на многочисленных частицах опаловой матрицы до определенной толщины (50?100 мкм), после чего, разрастающиеся клетки захватывают, из окружающей их питательной среды, порцию частиц опаловой матрицы и рост продолжается. Таким образом, формируется двухфазная структура сферической формы, состоящая из клеточной массы, армированной каркасом из частиц опаловой матрицы (рис. 2, а). При взаимодействии клеток с фрагментами опаловой матрицы, наблюдается появление характерных нитевидных отростков (рис. 3, а), отделение от участков опаловой матрицы и “захват” наносфер SiO2, используемых клеточной системой для увеличения объема биологической массы.
Рис. 3.
а) Взаимодействие клеточной системы с объемными фрагментами опаловой матрицы.
б) Отделение наносфер SiO2 от частиц опаловой матрицы.
в) Пористое строение двухфазной структуры, в которой содержатся только отдельные сферы SiO2.
На правой части снимков представлены увеличенные выделенные участки
В тех случаях, когда в питательном растворе недостаточно частиц опаловой матрицы, формируется пористая структура (рис. 3, в). При отсутствии строительного материала (вне контакта с отдельными наносферами SiO2 и объемными фрагментами опаловой матрицы) клеточная масса разрастается планарно и, в ряде случаев, имеет ячеистую структуру. Экспериментальные результаты исследования биологических свойств указанных материалов с их химическими, физическими свойствами способствовали выбору наиболее оптимальных условий для получения материалов на основе кубических упаковок SiO2, которые обладают высокой биосовместимостью, способностью выполнять функции каркаса, матрикса для имплантируемых клеточных культур и тканевых эквивалентов, депо для питательных веществ, необходимыми прочностью и эластичностью (рис. 4).
Рис. 4. Взаимное положение фрагментов опаловой матрицы и клеток фибробластов человека в сферической двухфазной структуре:
а-в) последовательность нескольких срезов;
г) срез объемной структуры (справа представлен увеличенный участок).
Снимки сделаны с использованием оптического микроскопа. Окраска - гематоксилин.
Приведенные данные позволяют рассматривать образование изученными клеточными системами своеобразного скелета - трехмерного матрикса как элемент самоорганизации, при котором проявляются составные части сложного процесса, а именно, специфическое биораспознавание как в “конструкционных требованиях” к составу, размерам и плотности частиц, используемых при формировании указанных структур, так и в виде особенностей биологического взаимодействия элементов клеточных систем живого организма с неорганической составляющей. Биосовместимость и возможность получения опаловых матриц в формообразователе из биологически инертных материалов позволяет предположить возможность применения указанных материалов в восстанавливающей органы медицине.
Литература
1. Самойлович М.И., Сергеева Н.С., Белянин А.Ф. и др. Наноматериалы с использованием кубических упаковок наносфер SiO2 как основа биосовместимых трехмерных матриц для клеточных структур // Наука и технологии в промышленности. 2005. № 2. С.58?64.
2. Самойлович М.И., Сергеева Н.С., Белянин А.Ф. и др. Трехмерные матрицы на основе кубических упаковок наносфер SiO2 как основа биосовместимых материалов для клеточных структур // Высокие технологии в промышленности России. Материалы 12 Международной конференции. М.: ОАО ЦНИТИ «Техномаш». 2006. С.84?92.
См. также:
Новые подходы к регуляции экспрессии чужеродных генов в стволовых клетках
Клеточные технологии в терапии больных с неврологической патологией
Разработка систем искусственного жизнеобеспечения и заместительной клеточной терапии при заболеваниях печени
Трансплантация аутологичных мононуклеарных клеток костного мозга при остром инфаркте миокарда: результаты 6-месячного наблюдения
Дормантные стволовые клетки (ДСК) в эмбриогенезе и канцерогенезе
Регуляция развития стволовых клеток поликлональными антителами
Репрограммирование посредством эмбриональных стволовых гибридных клеток
Клеточные технологии в коррекции возрастных изменений кожи лица, лечении ран и трофических язв. Результаты клинических исследований
Сравнение цитофенотипических профилей клеток мезенхимального ряда, изолированных из различных тканей человека
Сравнение способности к дифференцировке в ткани мезодермы клеток мезенхимального ряда, изолированных из различных тканей человека
...
Обсудить на форуме
