ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫЙ МАТРИКС НА ОСНОВЕ ФИБРОИНА ШЕЛКА ДЛЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ХИРУРГИИ

Сенокосова Евгения Андреевна; Матвеева Вера Геннадьевна; Прокудина Екатерина Сергеевна; Ханова Марьям Юрисовна; Кривкина Евгения Олеговна; Миронов Андрей Владимирович; Онищенко Павел Сергеевич; Мухамадияров Ринат Авхадиевич; Антонова Лариса Валерьевна

Статья

ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫЙ МАТРИКС НА ОСНОВЕ ФИБРОИНА ШЕЛКА ДЛЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ХИРУРГИИ

Сенокосова Евгения Андреевна,

Матвеева Вера Геннадьевна,

Прокудина Екатерина Сергеевна,

Ханова Марьям Юрисовна,

Кривкина Евгения Олеговна,

Миронов Андрей Владимирович,

Онищенко Павел Сергеевич,

Мухамадияров Ринат Авхадиевич,

Антонова Лариса Валерьевна

2024

https://doi.org/10.17802/2306-1278-2024-13-4S-150-158

Основные положенияОтработан метод получения пористого нетканого материала на основе фиброина шелка. Изучены его структурные и физико-механические свойства. Установлено, что полученный материал по своим характеристикам схож с нативной артерией и поэтому имеет высокий потенциал в сосудистой тканевой инженерии. АннотацияАктуальность. Природный полимер фиброин шелка (ФШ), получаемый из коконов тутового шелкопряда, является перспективным биоматериалом. Возможность подбора методов тканевой инженерии позволяет получать 3D-каркасы на основе ФШ для изделий сердечно-сосудистого профиля. Цель. Изготовить пористый матрикс на основе регенерированного ФШ и исследовать его структурные и физико-механические характеристики.Материалы и методы. Шелк рафинировали в щелочном растворе с дальнейшим растворением в LiBr, диализом и лиофильной сушкой до получения губок. Матриксы на основе 15, 18 и 20% ФШ в гексафторизопропаноле изготавливали методом электроспиннинга. Формирование водонерастворимой структуры β-листа ФШ осуществляли инкубацией в этаноле, метаноле или изопропаноле. Изучали структуру поверхности и среза матриксов методом сканирующей электронной микроскопии. Оценили физико-механические характеристики на универсальной разрывной машине.Результаты. Оптимальным для изготовления матриксов из 15% раствора ФШ явился следующий режим электроспиннинга: напряжение 20 кВ, скорость подачи раствора 1,0 мл/ч, скорость вращения коллектора 200 об/мин, игла 22 G, расстояние до коллектора 15 см, влажность 65%, температура в помещении 23 °С. Полученный матрикс состоял из волокон уплощенной формы шириной 4,84 (4,20; 5,47) мкм с малым количеством неглубоких пор диаметром 8, 65 (5,01; 11,13) мкм. В толще стенки матрикс содержал волокна диаметром 11,70 (10,04; 13,90) мкм, которые при своем переплетении формировали поры диаметром 4,89 (4,46; 6,05) мкм. Инкубация образцов в 70% этаноле позволила сформировать водорастворимую форму ФШ-матрикса, по физико-механическим свойствам максимально приближенного к аналогичным свойствам сонной артерии овцы. Заключение. Разработан пористый 3D-матрикс на основе 15% ФШ с удовлетворительными структурными и физико-механическими характеристиками, схожими с параметрами нативных сосудов. Необходимо расширение исследований in vitro для детального изучения характеристик изготовленного материала и дальнейшего тестирования на моделях in vivo.

Сенокосова Евгения Андреевна, Матвеева Вера Геннадьевна, Прокудина Екатерина Сергеевна, Ханова Марьям Юрисовна, Кривкина Евгения Олеговна, Миронов Андрей Владимирович, Онищенко Павел Сергеевич, Мухамадияров Ринат Авхадиевич, Антонова Лариса Валерьевна ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫЙ МАТРИКС НА ОСНОВЕ ФИБРОИНА ШЕЛКА ДЛЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ХИРУРГИИ. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2024;13(4S):150-158. https://doi.org/10.17802/2306-1278-2024-13-4S-150-158

Цитирование

Список литературы

1. Fang G., Sapru S., Behera S., Yao J., Shao Z., Kundu S.C., Chen X. Exploration of the tight structural-mechanical relationship in mulberry and non-mulberry silkworm silks. J Mater Chem B. 2016; 4(24):4337-4347. doi:10.1039/c6tb01049k.

2. Sun W., Gregory D.A., Tomeh M.A., Zhao X. Silk Fibroin as a Functional Biomaterial for Tissue Engineering. Int J Mol Sci. 2021; 22(3):1499. doi:10.3390/ijms22031499.

3. Holland C., Numata K., Rnjak-Kovacina J., Seib F.P. The Biomedical Use of Silk: Past, Present, Future. Adv Healthc Mater. 2019; 8(1):e1800465. doi:10.1002/adhm.201800465.

4. Cheng G., Davoudi Z., Xing X., Yu X., Cheng X., Li Z., Deng H., Wang Q. Advanced Silk Fibroin Biomaterials for Cartilage Regeneration. ACS Biomater Sci Eng. 2018;4(8):2704-2715. doi:10.1021/acsbiomaterials.8b00150.

5. Sahu N., Pal S., Sapru S., Kundu J., Talukdar S., Singh N.I., Yao J., Kundu S.C. Non-Mulberry and Mulberry Silk Protein Sericins as Potential Media Supplement for Animal Cell Culture. Biomed Res Int. 2016; 2016:7461041. doi:10.1155/2016/7461041.

6. Rockwood D.N., Preda R.C., Yücel T., Wang X., Lovett M.L., Kaplan D.L. Materials fabrication from Bombyx mori silk fibroin. Nat Protoc. 2011; 22;6(10):1612-31.

7. doi:10.1038/nprot.2011.379.

8. Food and Agriculture Organization of the Unied nations [internet]. Available at: http://fao.org (accessed 15.10.2023).

9. Qi Y., Wang H., Wei K., Yang Y., Zheng R.Y., Kim I.S., Zhang K.Q. A Review of Structure Construction of Silk Fibroin Biomaterials from Single Structures to Multi-Level Structures. Int J Mol Sci. 2017;18(3):237. doi:10.3390/ijms18030237.

10. Inoue S., Tanaka K., Arisaka F., Kimura S., Ohtomo K., Mizuno S. Silk fibroin of Bombyx mori is secreted, assembling a high molecular mass elementary unit consisting of H-chain, L-chain, and P25, with a 6:6:1 molar ratio. J Biol Chem. 2000;275(51):40517-28. doi:10.1074/jbc.M006897200.

11. Melke J., Midha S., Ghosh S., Ito K., Hofmann S. Silk fibroin as biomaterial for bone tissue engineering. Acta Biomater. 2016;31:1-16. doi:10.1016/j.actbio.2015.09.005.

12. Антонова Л.В., Кривкина Е.О., Резвова М.А., Севостьянова В.В., Миронов А.В., Глушкова Т.В., Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А., Кудрявцева Ю.А., Барбараш Л.С. Биодеградируемый сосудистый протез с армирующим внешним каркасом. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2019;8(2):87-97. doi:10.17802/2306-1278-2019-8-2-87-97.

13. Durán-Rey D., Brito-Pereira R., Ribeiro C., Ribeiro S., Sánchez-Margallo J.A., Crisóstomo V., Irastorza I., Silván U., Lanceros-Méndez S., Sánchez-Margallo F.M. Development of Silk Fibroin Scaffolds for Vascular Repair. Biomacromolecules. 2023;24(3):1121-1130. doi:10.1021/acs.biomac.2c01124.

14. Settembrini A., Buongiovanni G., Settembrini P., Alessandrino A., Freddi G., Vettor G., Martelli E. In-vivo evaluation of silk fibroin small-diameter vascular grafts: state of art of preclinical studies and animal models. Front Surg. 2023;10:1090565. doi: 10.3389/fsurg.2023.1090565.

15. Dingle Y.L., Bonzanni M., Liaudanskaya V., Nieland T.J.F., Kaplan D.L. Integrated functional neuronal network analysis of 3D silk-collagen scaffold-based mouse cortical culture. STAR Protoc. 2021;2(1):100292. doi:10.1016/j.xpro.2020.100292.

16. Chen Y., Yang W., Wang W., Zhang M., Li M. Bombyx mori Silk Fibroin Scaffolds with Antheraea pernyi Silk Fibroin Micro/Nano Fibers for Promoting EA. hy926 Cell Proliferation. Materials (Basel). 2017;10(10):1153. doi:10.3390/ma10101153.

17. Zhao H., Ren X., Zhang Y., Huang L. Influence of self-assembly regenerated silk fibroin nanofibers on the properties of electrospun materials. Biomed Mater Eng. 2015;26(1):S89-94. doi:10.3233/BME-151293.

18. Roblin N.V., DeBari M.K., Shefter S.L., Iizuka E., Abbott R.D. Development of a More Environmentally Friendly Silk Fibroin Scaffold for Soft Tissue Applications. J Funct Biomater. 2023;14(4):230. doi:10.3390/jfb14040230.

19. Furuzono T., Kishida A., Tanaka J.. Nano-scaled hydroxyapatite/polymer composite I. Coating of sintered hydroxyapatite particles on poly(gamma-methacryloxypropyl trimethoxysilane)grafted silk fibroin fibers through chemical bonding. J Mater Sci Mater Med. 2004;15(1):19-23. doi:/10.1023/b:jmsm.0000010093.39298.5a.

20. Patil P.P., Reagan M.R., Bohara R.A. Silk fibroin and silk-based biomaterial derivatives for ideal wound dressings. Int J Biol Macromol. 2020; 164:4613-4627.

21. doi:10.1016/j.ijbiomac.2020.08.041.

22. Bosio V.E., Brown J., Rodriguez M.J., Kaplan D.L. Biodegradable Porous Silk Microtubes for Tissue Vascularization. J Mater Chem B. 2017;5(6):1227-1235.

23. doi:10.1039/C6TB02712A.

24. Aytemiz D., Fukuda Y., Higuchi A., Asano A., Nakazawa C.T., Kameda T., Yoshioka T., Nakazawa Y. Compatibility Evaluation of Non-Woven Sheet Composite of Silk Fibroin and Polyurethane in the Wet State. Polymers (Basel). 2018;10(8):874.

25. doi:10.3390/polym10080874.

26. Wang Y., Blasioli D.J., Kim H.J., Kim H.S., Kaplan D.L. Cartilage tissue engineering with silk scaffolds and human articular chondrocytes. Biomaterials. 2006;27(25):4434-42. do:10.1016/j.biomaterials.2006.03.050.

27. Zhao M., Qi Z., Tao X., Newkirk C., Hu X., Lu S. Chemical, Thermal, Time, and Enzymatic Stability of Silk Materials with Silk I Structure. Int J Mol Sci. 2021;22(8):4136. https://doi:10.3390/ijms22084136.

Документы

Источник

Информация

Автор

Сенокосова Евгения Андреевна Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Матвеева Вера Геннадьевна Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Прокудина Екатерина Сергеевна Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Ханова Марьям Юрисовна Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Кривкина Евгения Олеговна Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Миронов Андрей Владимирович Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Онищенко Павел Сергеевич Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Мухамадияров Ринат Авхадиевич Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Антонова Лариса Валерьевна Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»

Название журнала

Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний

Ключевые слова

Статья