Реферат RUS  Реферат ENG  Литература  Полный текст
УДК:617.713

Теоретические предпосылки к выбору материала для матрицы биоинженерной конструкции искусственной роговицы


1МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова Росмедтехнологии» Минздрава РФ
2Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова
3Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии Российской академии медицинских наук
4Российская медицинская академия последипломного образования Росздрава
5Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов им. акад. В.И. Шумакова
6Московский государственный университет им. М . В . Ломоносова
7Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов

    Дефицит трупных роговиц человека для трансплантации является одной из наиболее актуальных проблем в офтальмологии и трансплантологии [2, 3]. В этой связи актуальна проблема создания биоинженерной конструкции искусственной роговицы на основе биополимерной матрицы [4, 11, 12, 19, 21, 24, 27, 37, 40]. Матрица определяет механические свойства, форму имплантата, формирует субстрат для адгезии клеток, является субстратной подложкой для прикрепления клеток, задает топологию фокальных адгезивных комплексов, инициирует каскад внутриклеточных сигналов, вызванных механическим напряжением клеточной мембраны [8]. Только выраженная адгезия клеток к материалу матрицы способна инициировать кластеризацию клеточных рецепторов и активировать экспрессию генов, вовлеченных в пролиферацию и дифференцировку заселенных на матрицу клеток [28]. Взаимодействие с субстратом матрицы определяет поляризацию клеток, изменение их морфологии, пространственную ориентацию компонентов цитоскелета, клеточных органелл и организацию внутриклеточного транспорта [8]. Регуляторные факторы субстрата влияют на репертуар синтезируемых клетками компонентов внеклеточного матрикса, являющихся, в свою очередь, источником сигналов, определяющих функциональное состояние клетки [38]. Таким образом, материал, из которого изготовлена матрица, является своеобразным инструктором для пролиферирующих клеток, задавая им строго определенный фенотип и межклеточную архитектонику. Матрица должна быть пористой, биосовместимой и биоинертной, подверженной биодеградации [18, 26, 29], обладать биомеханическими параметрами, аналогичными той ткани, которую будет замещать биоинженерная конструкция. Перечисленные требования к материалу являются обоснованием выбора матрицы для биоинженерного конструирования клеточно-тканевых эквивалентов.

    Матрицы в современных биоинженерных конструкциях в основном выполнены из биополимерных материалов и их производных – альгинатов, хитозана, волокнистых структур коллагена, шелка паутинной нити [1, 5, 6, 35, 36].

    Мы проанализировали основные свойства этих материалов с целью выбора предпочтительного для создания матрицы биоинженерной конструкции искусственной роговицы.

    Альгинат представляет собой полисахарид, полученный из бурых водорослей [22]. Он обладает такими свойствами, как биосовместимость и биоинертность, биодеградация и заданная пористость [16, 33]. Тем не менее, у альгината есть недостатки, к которым относятся низкие механические свойства и недостаточная адгезия клеток для создания отдельных слоев искусственной роговицы [16].

    Хитозан получают из хитина, который присутствует в твердом экзоскелете моллюсков, креветок и крабов [13]. Хитин является одним из наиболее распространенных полисахаридов в природе, что делает хитозан относительно недорогим продуктом. Хитозан вызвал интерес в биоинженерной области из-за нескольких положительных свойств: биоинертности, легкости обработки (в отличие от синтетических полимеров, хитозан растворим в водных растворах в зависимости от заданных значений рН), также он обладает контролируемыми механическими свойствами, например, заданной пористостью матрицы, имеет химические группы для взаимодействия с другими молекулами [39]. Трудности с использованием хитозана как полимерной матрицы в биоинженерии заключаются в ее недостаточной прочности, хрупкости, длительной биодеградации и индукции непредсказуемой девиантности в поведении трансплантированных клеток [31].

    Коллаген является главным компонентом соединительной ткани, составляет более 30% общей массы белков организма, нетоксичен и неканцерогенен, обладает слабой антигенностью, высокой механической прочностью и устойчивостью к тканевым протеиназам, способен образовывать комплексы с биологически активными веществами, принадлежит к числу наиболее хорошо изученных белков [7, 34].

    Однако и у коллагена есть ряд недостатков для конструирования отдельных слоев искусственной роговицы, связанных с его слабыми адгезивными свойствами как субстрата для трансплантируемых клеток. Помимо этого, в зависимости от способа обработки коллагеновой матрицы, могут возникать нежелательные изменения в поведении клеток, связанные с пролиферацией, миграцией, реорганизацией коллагеновых волокон и, в конечном итоге, преждевременным изменением формы самой матрицы [25, 41].

    Поскольку все вышеперечисленныебиополимеры возможно сополимеризировать с другими биологическими и (или) синтетическими материалами и тем самым увеличивать прочностные свойства и воздействовать на поведение клеток, было предложено большое количество комбинированных матриц [10, 14-17, 23, 30, 32, 42]. Однако, по нашему мнению, ни одна из предложенных не удовлетворяет в полной мере всем требованиям, предъявляемым к матрицам для конструкции искусственной роговицы, а именно: прозрачностью, заданной пористостью, высокой прочностью на разрыв и эластичностью, биосовместимостью, биодеградацией, высокой адгезивностью и биоинертностью [1, 18, 26, 29], в связи с чем мы провели поиск новых, наиболее предпочтительных, биополимерных материалов для создания матрицы искусственной роговицы.

    По нашему мнению, одним из таких перспективных материалов является шелк паутинной нити и его синтетические производные. Успехи в расшифровке генов, отвечающих за синтез специфических белков паутины, и создание их синтетических аналогов позволили получить материал, подобный природному шелку – спидроин [1]. К настоящему времени в доступной литературе представлены только единичные работы, посвященные конструированию матриксов костной, хрящевой, нервной тканей на основе биополимерного белка спидроина [9, 20].

    Спидроин обладает выраженными механическими свойствами, высокой адгезивностью, биоинертностью, биосовместимостью, устойчивостью к условиям внешней среды, абсолютной прозрачностью, что делает его материалом выбора для создания 3D матрицы искусственной роговицы.

    Заключение

    Таким образом, проведенный нами анализ литературы позволил определить положительные и отрицательные качества биосинтетических материалов для создания биоинженерных конструкций матрицы искусственной роговицы.

    В связи с тем, что матрицы из коллагена, хитозана, альгината имеют ряд недостатков в качестве субстрата для адгезии клеток и низкие механические свойства, по нашему мнению, они являются менее пригодными для конструирования матрицы искусственной роговицы.

    Нам представляется, что синтетический аналог белка паутинной нити спидроин благодаря своим уникальным свойствам является наиболее перспективным материалом для создания матрицы биоинженерной конструкции искусственной роговицы.


Страница источника: 86

Федоровские чтения - 2017 Сателлитные симпозиумы в рамках XIV Всероссийской научно-практической конференцииФедоровские чтения - 2017 Сателлитные симпозиумы в рамках XI...

Восток – Запад 2017 Международная научно-практическая конференция по офтальмологииВосток – Запад 2017 Международная научно-практическая конфер...

Белые ночи - 2017 Сателлитные симпозиумы в рамках Международного офтальмологического конгресса Белые ночи - 2017 Сателлитные симпозиумы в рамках Международ...

Новые технологии в контактной коррекции.  В рамках  Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в офтальмологии - 2017»Новые технологии в контактной коррекции. В рамках Всеросси...

Новые технологии в офтальмологии -  2017 Всероссийская научно-практическая конференция Новые технологии в офтальмологии - 2017 Всероссийская научн...

XVI Всероссийская школа офтальмологаXVI Всероссийская школа офтальмолога

Сателлитные симпозиумы в рамках конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии - 2017»Сателлитные симпозиумы в рамках конференции «Современные тех...

Современные технологии лечения витреоретинальной патологии - 2017 ХV Научно-практическая конференция с международным участиемСовременные технологии лечения витреоретинальной патологии -...

«Живая хирургия» в рамках конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии - 2017»«Живая хирургия» в рамках конференции «Современные технологи...

Роговица I. Ультрафиолетовый кросслинкинг роговицы в лечении кератоэктазий Научно-практическая конференция с международным участиемРоговица I. Ультрафиолетовый кросслинкинг роговицы в лечении...

Сателлитные симпозиумы в рамках ХIV ежегодного конгресса Российского глаукомного обществаСателлитные симпозиумы в рамках ХIV ежегодного конгресса Рос...

Сателлитные симпозиумы в рамках конференции Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016Сателлитные симпозиумы в рамках конференции Современные техн...

«Живая» хирургия в рамках конференции Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016«Живая» хирургия в рамках конференции Современные технологии...

Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016Современные технологии катарактальной и рефракционной хирург...

Сателлитные симпозиумы в рамках IX Российского общенационального офтальмологического форумаСателлитные симпозиумы в рамках IX Российского общенациональ...

На стыке науки и практикиНа стыке науки и практики

Федоровские чтения - 2016 XIII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участиемФедоровские чтения - 2016 XIII Всероссийская научно-практиче...

Актуальные проблемы офтальмологии XI Всероссийская научная конференция молодых ученыхАктуальные проблемы офтальмологии XI Всероссийская научная к...

Восток – Запад 2016 Научно-практическая конференция по офтальмохирургии с международным участием Восток – Запад 2016 Научно-практическая конференция по офтал...

Белые ночи - 2016 Сателлитные симпозиумы в рамках Международного офтальмологического конгресса Белые ночи - 2016 Сателлитные симпозиумы в рамках Международ...

Невские горизонты - 2016 Научная конференция офтальмологовНевские горизонты - 2016 Научная конференция офтальмологов

Сателлитные симпозиумы в рамках научной конференции офтальмологов «Невские горизонты - 2016»Сателлитные симпозиумы в рамках научной конференции офтальмо...

Новые технологии в офтальмологии 2016 Всероссийская научно-практическая конференция Новые технологии в офтальмологии 2016 Всероссийская научно-п...

Витреоретинальная хирургия. Макулярный разрывВитреоретинальная хирургия. Макулярный разрыв

Современные технологии лечения витреоретинальной патологии - 2016 ХIV Научно-практическая конференция с международным участиемСовременные технологии лечения витреоретинальной патологии -...

Совет экспертов, посвященный обсуждению первого опыта использования новой офтальмологической системы CENTURION®Совет экспертов, посвященный обсуждению первого опыта исполь...

HRT/Spectralis* Клуб Россия 2015 – технология, ставшая незаменимой!HRT/Spectralis* Клуб Россия 2015 – технология, ставшая незам...

Три письма пациента. Доказанная эффективность леченияТри письма пациента. Доказанная эффективность лечения

Синдром «сухого» глаза: новые перспективыСиндром «сухого» глаза: новые перспективы

Многоликий синдром «сухого» глаза: как эффективно им управлять?Многоликий синдром «сухого» глаза: как эффективно им управлять?

Прошлое... Настоящее! Будущее?Прошлое... Настоящее! Будущее?

Проблемные вопросы глаукомы IV Международный симпозиумПроблемные вопросы глаукомы IV Международный симпозиум

Секундо В. Двухлетний личный опыт с линзами AT Lisa Tri и AT Lisa Tri ToricСекундо В. Двухлетний личный опыт с линзами AT Lisa Tri и AT...

Инновации компании «Алкон» в катарактальной и рефракционной хирургииИнновации компании «Алкон» в катарактальной и рефракционной ...

Применение устройств HOYA iSert Toric. Применение торических ИОЛ HOYA iSert Toric в рефракционной хирургии катарактыПрименение устройств HOYA iSert Toric. Применение торических...

Рейтинг@Mail.ru