Механочувствительный биоматериал ускорил заживление ран у мышей
Исследователи Имперского колледжа Лондона разработали экспериментальный биоматериал, который высвобождает факторы роста в ответ на механическое воздействие со стороны клеток. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Materials.
Основой материала служили стерильные коллагеновые губки Avitene. На их поверхности химически закрепляли в концентрации 1 микромоль на литр конструкции TrAPs – короткие цепочки ДНК-аптамеров, способные избирательно связывать определенные белки. В различных опытах использовались губки диаметром от 3 до 6 мм. Для модели раны человеческой кожи применяли губки диаметром и толщиной 3 мм, а для кожных ран у мышей – диаметром 6 мм и толщиной 3 мм.
Каждая конструкция TrAPs одним концом прикреплена к коллагеновой основе, а другим соединена с пептидом RGD, за который могут зацепляться клетки. Когда клетка прикрепляется к материалу и тянет за этот пептид при движении, аптамер меняет пространственную форму и высвобождает связанный фактор роста. До этого белок удерживается в неактивном состоянии. Сила связывания использованных аптамеров соответствовала константе диссоциации от 0,1 до 20 наномолей на литр.
Система была настроена на четыре белка, участвующих в восстановлении тканей: фактор роста эндотелия сосудов VEGF-A, фактор роста гепатоцитов HGF, фактор роста фибробластов FGF-2 и тромбоцитарный фактор роста PDGF-BB. Эти вещества стимулируют образование кровеносных сосудов, миграцию и размножение клеток. Аптамеры могут улавливать факторы роста непосредственно из окружающих тканей или биологических жидкостей. В опытах с кожей губки предварительно насыщали человеческим лизатом тромбоцитов.
В эксперименте на мышах использовали полнослойные кожные раны диаметром 6 мм. Каждая губка содержала расчетно около 1,38 нанограмма PDGF-BB, 0,132 нанограмма FGF-2, 0,5 нанограмма HGF и 0,14 нанограмма VEGF-A. Через десять дней диаметр ран, обработанных губками с активными TrAPs, был статистически значимо меньше, чем в контрольных группах. Исследователи также отметили тенденцию к увеличению толщины формировавшейся ткани.
На образцах человеческой кожи, полученных от трех доноров, применяли раны и коллагеновые вставки диаметром 3 мм. Через восемь дней в группе с TrAPs наблюдалось более активное проникновение клеток кожи в коллагеновую матрицу и лучшее соединение материала с краями раны. Однако часть различий между отдельными сочетаниями факторов роста не достигла статистической значимости.
Материал испытывали и при дефекте бедренной кости длиной 6 мм у крыс. Через три недели губки с TrAPs и VEGF-A способствовали формированию более многочисленных и более крупных кровеносных сосудов, однако не увеличили объем новой костной ткани.
Разработчики отмечают, что технология может быть совместима не только с коллагеновыми губками, но и с другими биоматериалами. Потенциально факторы роста можно получать из крови самого пациента, что позволило бы отказаться от высоких доз промышленно произведенных рекомбинантных белков. Пока технология прошла только лабораторные и доклинические испытания, ее безопасность и эффективность для людей не установлены.
