Проаналізовано варіанти тканинного заміщення пористих матриць на основі хітозану. Виявлено деякі особливості процесів репарації і біодеструкції Хітозановий імплантату. Дана гістологічна та цитологічна характеристика ремоделірованним в Хітозановий матриці тканин.

Анотація наукової статті з біотехнологій в медицині, автор наукової роботи - Семенов Павло Сергійович


ANALYSIS OF BIODEGRADATION OF IN VIVO OF THE FABRIC ACELLULAR MATRIX ON THE BASIS OF HITOZAN

Tissue replacement options by porous matrices based on chitosan were analyzed. Some features of the reparative processes and chitosan biodegradation in the implant were established. The histological and cytological characteristics of the remodeled tissue were done.


Область наук:

  • Біотехнології в медицині

  • Рік видавництва: 2012


    Журнал: Вісник Волгоградського державного університету. Серія 9: Дослідження молодих вчених


    Наукова стаття на тему 'Аналіз біодеградації in vivo тканинної бесклеточной матриці на основі хітозану'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз біодеградації in vivo тканинної бесклеточной матриці на основі хітозану»

    ?© Семенов П.С., 2011

    УДК 57.089.67 ББК 24.73; 28.66

    АНАЛІЗ біодеградація IN VIVO ТКАНИННОЇ безклітинного МАТРИЦІ НА ОСНОВІ Хітозани

    П.С. Семенов

    Проаналізовано варіанти тканинного заміщення пористих матриць на основі хітозану. Виявлено деякі особливості процесів репарації і біодеструкції Хітозановий імплантату. Дана гістологічна та цитологічна характеристика ремоделірованним в хітозан-вої матриці тканин.

    Ключові слова: хітозан, биодеградация, тканинна інженерія, скаффолди, біоінженерія, імплантат, біосумісність, морфологія.

    Хтозна є деацетілірованной формою широко поширеного в природі полімеру хітину. В даний час хітозан знаходить широке застосування в безлічі галузей народного господарства.

    Широке застосування хітозану в біоінженерії почалося відносно недавно і було ознаменовано появою статті, написаної групою італійських вчених під керівництвом R. Muzzarelli і опублікованій в журналі «Biomaterials» в травні 1988 року. У своїй статті вчені описали заміщення ділянки твердої мозкової оболонки Хітозановий матрицею, зазначивши наступне повне морфологічне відновлення дефекту без будь-яких функціональних порушень [4].

    Великі дефекти і пошкодження опорних тканин вимагають особливого підходу, а також використання матеріалів, здатних до повноцінної замісної терапії. В даний час все більш широке застосування знаходять природні полімери, що цілком зрозуміло їх біосумісність, здатністю до біодеградації і доступністю [1; 6; 12; 9]. Ряд авторів, аналізуючи досліди застосування різних біополімерів, приходить до висновку про найбільш перспективному застосуванні хітозану, що відрізняється хондро- і остео-кондуктивно властивостями, високою биосов-

    местімостью і повною деградацією полімеру, а також вираженою антибактеріальною і фунгіцидною активністю [1; 8; 2; 14].

    Використання хітозану як матричної підкладки дозволяє придушити іммуноіндуцірованний відповідь, підвищуючи биосовместимость композитних матриць. Не менш значущим фактом, що розширює можливі сфери біоінженерного застосування хітозану, є його хімічна активність, що виражається в різних модифікаціях полімеру з широким спектром біологічно активних компонентів як органічного, так і неорганічного складу [10; 5; 3; 13]. Також слід зазначити, що при електростатичному і гідрофобному взаємодії хітозану з модифікують агентами його біологічно активні властивості не тільки не втрачаються, а й у ряді випадків посилюються.

    Не менш важливими параметрами при створенні 3D скаффолдов є фізичні властивості компонентів матриці: щільність, пружність, еластичність і товщина мембран. Неодмінна умова наявності об'ємних пір в безклітинних матрицях на основі хітозану диктується необхідністю метаболічного і газового обмінів у знову утворюються тканинах. У дослідженні [7] доведено вплив товщини Хітозановий мембран, що утворюють пористий об'ємний скаффолд, на якість клітинної адгезії, швидкість проліферації і неоангеогенеза. Твердо-пружні властивості деяких модифікацій хітозану, пропонуючи-

    ваних до використання в тканинної інженерії, наближаються до значень, властивим губчастої кістки, і здатні витримувати компресійну навантаження близько 75 МПа з розміром пір в діапозоні від 250 до 500 мкм [11]. Спочатку висока в'язкість розчинів хі-тоза дозволяє використовувати різні методи створення пористих матриць, починаючи від ліофільного висушування, закінчуючи вспениванием газами, бульбашки яких формують стабільні пори діаметром до 500 мкм. Початок застосування хітозану як біоінженерного полімеру відкрило нову віху в історії розвитку біоінженерії.

    Якісні реакції організму при імплантації Хітозановий скаффолдов неоднозначні і різними авторами трактуються по-різному, але все ж усіма єдине відзначена неспецифічна помірна інфільтрація Нейт-рофіламі і активація фібробластів [2; 12; 9].

    Для розуміння механізму біодеструкції полімеру in vivo і формування цілісної морфологічної картини виник біологічної відповіді проведена серія експериментів з імплантації пористих бескле-точних матриць з їх подальшим морфологічним аналізом.

    Нами із застосуванням оригінального методу «заморожування - висушування» створена SD-матриця з регулярним розміром пір хітозану розміром 50-100 мкм. Стерильні матриці розміром 5 х 5 мм були в асептичних умовах підшкірно вшиті в області холки щурам самцям лінії Wistar, наркотизуйте ефір-тіопенталовим наркозом. Операційне поле після механічної депіляції оброблялося шкірним антисептиком «Астрадез - ОП». Після орієнтації досліджуваних зразків підшкірно-жирову клітковину ушивали внутрішніми швами кетгутом-вимі нитками, на шкіру накладали шкірні шви шовковою ниткою. Післяопераційне ведення полягало в обробці поверхні рани «Астрадез - ОП» до третього дня і зняття шкірних швів на п'ятий день експерименту. При післяопераційному веденні тварин загальних реакцій на імплантати виявлено не було, термометричні показники залишалися в межах норми, маса тіла у всіх тварин була стабільною. Забір біо-птатов здійснювали через 4-6 тижнів після

    їх постановки щурам. Хід операції і післяопераційне ведення експериментальних тварин відповідали першого етапу експерименту. При вилученні зразків оцінювалася їх рухливість in situ, стан навколишнього клітковини, наявність живильних матрицю судин, передаються статевим шляхом, ступінь біодеградації матриць. Матриці фіксували в 10% -му розчині забуферованого нейтрального формаліну протягом 24 годин, промивали протягом 6 годин в проточній воді і після швидкої проводки укладали в парафін. Зрізи після депарафінірованія фарбували гематоксиліном Ерліха - еозином, трибарвним методом по Массон, пикрофуксином по Ван-Гизону. Готові препарати укладали в канадський бальзам.

    В результаті аналізу отриманих мікропрепаратів крім описаних в літературі реакцій, виявлено ряд особливостей, не вказується раніше. Морфологічна картина відрізняється вираженою мозаїчністю і поліморфізмом клітинних елементів (рис. 1). Заміщення здатні біологічно руйнуватися полімеру йде за рахунок наростання з'єднай-кові-тканинних елементів з великою кількістю позаклітинного матриксу. У біодеструкції хітоза-на активну роль відіграють макрофаги, об'єднані в мікроколонії і адгезірованних на поверхні руйнується полімеру, часто в їх цитоплазмі містяться фагоцитовані Хітозановий фрагменти (рис. 2). На відміну від раніше зазначались поруч авторів факту наявності в імплантатах великої кількості базофілів, останні нами були виявлені в одиничних полях зору. Також слід відзначити велику схожість реакції на імплантат з гранулематозним запаленням. На користь останнього говорять виявлені нами скупчення епітеліоід-них клітин (рис. 3) і гігантські багатоядерні клітини чужорідних тіл з лежачими на периферії цитоплазми ядрами. Особливий інтерес представляє не вказується раніше клітинний відповідь у вигляді еозинофільної інфільтрації, що утворює локальні розріджені інфільтрати. Не менш цікавий гистогенез, зокрема ангіогенез, інтенсивно індукований в Хітозановий матриці. В одному полі зору можливо спостерігати «різновікові» судини, що знаходяться на

    різних стадіях ангіогенезу. Фібробласти і гістіоцити утворюють аморфний матрикс, вказуючи на активні репаративні процеси. Новим в реакції на пористу Хітозани-ву безклітинну матрицю є хонд-роіндуктівний ефект і як наслідок про-

    Мал. 1. Процес біодеструкції і тканинного заміщення бесклеточной пористої Хітозановий матриці (стрілки - хітозан). Гематоксилін Ерліха - еозин, ув. Ч 40

    разование в ній гіаліноподібні хряща (рис. 4). Хондробласти, пухко лежать у позаклітинному матриксі, утворюють хрящеподобной структури, доводячи можливість застосування чистого хітозану в хондроплас-тику і його індукцію хондрогенез.

    Мал. 2. Скупчення макрофагів (стрілки), фагоцитуючих хітозан. Гематоксилін Ерліха -еозін, ув. Ч 1000

    Мал. 3. Скупчення епітеліоїдних клітин (стрілки) оточених колагеновим матриксом. Триколірний метод по Массон, ув. Ч 1000

    Мал. 4. гіаліноподібні хрящ на місці резорбованого полімеру. Триколірний метод по Массон, ув Ч. 400

    Проблема біосумісності і біодеградації хітозану in vivo вимагає подальшого опрацювання та аналізу із застосуванням нових модифікують агентів і з залученням можливостей імуногістохімічних методів аналізу тканинного ремоделювання.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Модифікація поверхонь внутрікос-тних імплантатів: сучасні дослідження і нанотехнології / В. І. Калита [и др.] // Вісник Волгоградського державного медичного університету. - 2009. - N ° 4 (32). - С. 17-22.

    56

    П. С. Семенов. Аналіз біодеградації in vivo матриці на основі хітозану

    2. Biochemistry, histology and clinical uses of chitins and chitosans in wound healing / R. A. Muzzarelli [et al.] // EXS. - 1999. - Vol. 87. - P. 251-264.

    3. Biocomposites containing natural polymers and hydroxyapatite for bone tissue engineering / M. Swetha, K. Sahithi, A. Moorthi [et al.] // Int. J. Biol. Macromol. - 2010. - Vol. 47, №>1. - P. 1-4.

    4. Biological activity of chitosan: ultrastructural study / R. Muzzarelli, V. Baldassarre, F. Conti [et al.] // Biomaterials. - 1988. - Vol. 9, № 3. - P. 247-252.

    5. Chen, J. P. Preparation and characterization of biomimetic silk fibroin / chitosan composite nanofibers by electrospinning for osteoblasts culture / J. P. Chen, S. H. Chen, G. J. Lai // Nanoscale Res Lett. - 2012. - Vol. 7, № 1. - P. 170-178.

    6. Da Sacco, L. Chitin and chitosan as multipurpose natural polymers for groundwater arsenic removal and AS2O3 delivery in tumor therapy / L. Da Sacco, A. Masotti // Mar. Drugs. - 2010. - Vol. 8, № 5. - P. 1518-1525.

    7. Dehghani, F. Engineering porous scaffolds using gas-based techniques / F. Dehghani, N. Annabi // Curr Opin Biotechnol. - 2011. - Vl. 22, № 5. - P. 661-666.

    8. Di Martino, A. Chitosan: a versatile biopolymer for orthopaedic tissue-engineering / A. Di Martino, M. Sittinger, M.V. Risbud // Biomaterials. -2005. - Vol. 26, № 30. - P. 5983-5990.

    9. Evaluation of the biocompatibility of a chitosan scaffold in mice / P. J VandeVord., H. W. Matthew, S. P. DeSilva [et al.] // J. Biomed. Mater. Res. - 2002. - Vol. 59, № 3. - P. 585-590.

    10. Morphological study of the capsular organization around tissue expanders coated with N-carboxybutyl chitosan / G. Biagini, A. Pugnaloni, A. Damadei [et al.] // Biomaterials. - 1991. - Vol. 12, № 3. - P. 287-291.

    11. Muzzarelli, R. A. Biomedical exploitation of chitin and chitosan via mechano-chemical disassembly, electrospinning, dissolution in imidazolium ionic liquids, and supercritical drying / R. A. Muzzarelli // Mar. Drugs. - 2011. - Vol. 9, № 9. - P. 1510-1533.

    12. Therapeutic potential of chitosan and its derivatives in regenerative medicine / C. Shi, Y. Zhu, X. Ran [et al.] // J. Surg. Res. - 2006. - Vol. 133, № 2. -P. 185-192.

    13. Venkatesan, J. Chitosan composites for bone tissue engineering-an overview / J. Venkatesan,

    S. K. Kim // Mar. Drugs. - 2010. - Vol. 8, № 8. - P. 22522266.

    14. Yang, T. L. Chitin-based Materials in Tissue Engineering: Applications in Soft Tissue and Epithelial Organ / T. L. Yang // Int. J. Mol. Sci. - 2011. - Vol. 12, №3. - P. 1936-1963.

    ANALYSIS OF BIODEGRADATION OF IN VIVO OF THE FABRIC ACELLULAR

    MATRIX ON THE BASIS OF HITOZAN

    P. S. Semenov

    Tissue replacement options by porous matrices based on chitosan were analyzed. Some features of the reparative processes and chitosan biodegradation in the implant were established. The histological and cytological characteristics of the remodeled tissue were done.

    Key words: chitosan, biodegradation, tissue engineering, scaffolds, bioengineering, implant, biocompatibility, morphology.


    Ключові слова: хітозан /біодеградація /ТКАНИННА ІНЖЕНЕРІЯ /СКАФФОЛДИ /біоінженерії /імплантат /біосумісним /МОРФОЛОГІЯ /CHITOSAN /BIODEGRADATION /TISSUE ENGINEERING /SCAFFOLDS /BIOENGINEERING /IMPLANT /BIOCOMPATIBILITY /MORPHOLOGY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити