Химические, молекулярные и клеточные технологии в получении иммуномодулирующих биосовместимых материалов на полимерной основе медицинского назначения

Руководитель проекта
Курзина Ирина Александровна, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой природных соединений, фармацевтической и медицинской химии НИ ТГУ

Грантодатель:
Фонд научно-технологического развития Ханты-Мансийского автономного округа – Югры

Сроки реализации:
2025–2026 гг.

Аннотация проекта:

В настоящее время остро стоит вопрос разработки материалов, используемых в качестве систем адресной доставки и материалов для регенеративной медицины, обладающих необходимыми физико-химическими характеристиками, биосовместимостью и иммуносовместимостью, а также способствующих лечению ран различного характера и хронических заболеваний, в первую очередь, сердечно-сосудистых и онкологических. Проект посвящен разработке биоматериалов, в настоящее время не представленных на отечественном рынке. Уникальность проекта заключается в использовании новых подходов и алгоритмов химического синтеза для получения материалов, содержащих в составе биологически активные вещества и обладающих противовоспалительными свойствами. Настоящий проект представляет собой междисциплинарное исследование, в рамках которого будет осуществлена разработка инновационных материалов медицинского назначения на полимерной основе и комплексное тестирование их биосовместимости с использованием различных тест-систем. Проблема функционализации поверхности изделий с использованием различных технологий, в том числе с использованием биоподобных молекул и сроков имплантации трансплантатов является не только биологической проблемой, а научно-технической задачей, решением которой может стать соответствующая модификация поверхности трансплантатов, обеспечивающая оптимальную биосовместимость. В данном проекте проблема биосовместимости изделий на основе ePTFE и полилактида в результате имплантации решается за счет комбинированной модификации поверхности исследуемых материалов плазменной обработкой и присоединением молекул гиалуроновой кислоты. Двустадийная обработка позволяет создать биосовместимые материалы с оптимизированными характеристиками для уменьшения отторжения имплантатов, снижения адгезии моноцитов и подавления про-воспалительной стимуляции как моноцитов крови (предшественников тканевых макрофагов), так и самих резидентных тканевых макрофагов. Согласно результатам данного проекта для области регенеративной медицины разработаны 2 типа материалов: 1-й тип материалов — расширенный политетрафторэтилен (ePTFE) с плазменно-модифицированной поверхностью и привитыми молекулами гиалуроновой кислоты, различающиеся по параметрам высокоэнергетического воздействия и количеству иммобилизованных биомолекул; 2-й тип — волокнистые материалы (скаффолды) на основе полилактида (ПЛ), полученные методом электроспиннинга, с привитыми молекулами гиалуроновой кислоты для создания многофункциональных повязок, которые обеспечат защиту, питание и восстановление поврежденной кожи. Гиалуроновая кислота участвует в регуляции гидратации, клеточной миграции и пролиферации − процессов, критически важных для заживления ран. Осуществлено модифицирование поверхности 2-ух полученных типов материалов, при этом оптимизированы параметры плазменной обработки и прививания гиалуроновой кислоты на заранее активированную плазмой поверхность образцов ePTFE и ПЛ. Согласно полученным научным результатам вследствие плазменной обработки на поверхности модифицированных полимерных материалов наблюдается образование азотсодержащих функциональных групп. Сформированные химические группы могут служить субстратом для прикрепления биологически активных молекул, а также для непосредственного взаимодействия с клеточными рецепторами. Выявлено, что присоединение азотсодержащих функциональных групп способствуют улучшению гидрофильности и биосовместимости полимерных материалов вследствие двухэтапного модифицирования (плазменного воздействия и иммобилизации гиалуроновой кислоты). Выявлено, что при увеличении содержания азотсодержащих связей наблюдается закономерное увеличение поверхностной энергии исследуемых образцов, а также жизнеспособности моноцитарных макрофагов на их поверхности. Макрофаги представляют собой актуальный тип клеток с точки зрения тканевой инженерии и регенерации на основе биоматериалов. В этом контексте макрофаги играют решающую роль в обеспечении биосовместимости и деградации имплантированных биоматериалов. Продемонстрировано сохранение жизнеспособности макрофагов при воздействии плазмы с дальнейшей иммобилизацией гиалуроновой кислоты на поверхность полученных материалов по сравнению с контролем, что подтвердило их биологическую совместимость. Выявлено увеличение секреции макрофагами таких провоспалительных цитокинов, как ИЛ-1β и ФНОα в присутствии материалов, что подтверждает развитие острой фазы воспаления и согласуется с данными, полученными у других авторов. Уровень секреции противовоспалительного цитокина ИЛ-10 в супернатантах клеточных культур после присоединения гиалуроновой кислоты увеличивается, что также не противоречит модели о существовании заживляющего клеточного модуля в ответ на биоматериал. Уникальность полученных материалов обусловлена использованием упрощенной методики присоединения гиалуроновой кислоты без использования сшивающих химических агентов и токсичных растворителей, поэтому новые покрытия не требуют дополнительных этапов очистки от них. Таким образом, двухэтапное модифицирование материалов на основе ePTFE и ПЛ ведет к улучшению функциональных характеристик их поверхности, таких как смачиваемость и биосовместимость, тем самым расширяя их дальнейшее применение в медицине. Проект основан на современных аналитических методах и клеточных технологиях, что поможет развить науку и медицину в России.