Разработка наноструктурированных матриксов на основе биосовместимых и биодеградируемых полимеров для эффективного восстановления поврежденного кожного покрова

Предлагаемая разработка не имеет прямых аналогов в мире и обладает рядом ключевых преимуществ, которые позволяют создать матриксы с уникальными характеристиками: слоистая структура матрикса; градиентная плотность нановолокон, способствующая объемному росту клеток; композитный состав нановолокон обеспечивает хорошие механические свойства с сохранением смачиваемости и адгезии клеток, а также возможности вводить биологически активные вещества (факторы роста клеток, противомикробные пептиды и т.д.) с заданными временами выведения. Предполагается, что данные разработки позволят обеспечить направленный и объемный рост клеток и, как следствие, более эффективно восстанавливать кожные дефекты.

Для производства раневых покрытий с применением рекомбинантных факторов роста будут разработаны наноструктурированные матриксы на основе биосовместимых и биодеградируемых полимеров с программируемым сроком биорезорбции и скоростью высвобождения биологически активных веществ, которые ускорят заживление дефектов кожного покрова и позволят им резорбироваться после их полного восстановления.

Основные этапы (поквартальные) работ следующие:

• патентные исследования, анализ научно-технической литературы, выбор (полимеров) для разработки медицинского изделия (МИ). Результат: Предварительный дизайн продукта и отчет об исследовании патентной чистоты и патентоспособности;
• заказ материалов и компонентов для МИ, подбор условий растворения и электрораспыления для выбранных полимеров. Работы по созданию рекомбинантных факторов роста могут быть выполнены в сотрудничестве с направлением «Персонализированная медицина» Научного центра генетики и наук о жизни. Результат: отчет об оптимальных условиях электрораспыления и составе МИ;
• получение нескольких вариантов исполнения МИ, наработка для исследования физических свойств. Исследование теплофизических и структурных свойств матриксов совместно с академическими партнерами: доктор химических наук, член-корреспондент РАН, С.Н. Калмыков; доктор химических наук, член-корреспондент РАН, С.Н. Чвалун; кандидат физико-математических наук, Н.В. Марченков. Предварительное согласие на партнерство получено. Результат: получение вариантов МИ (не менее 3), наработка достаточного количества каждого варианта исполнения МИ для дальнейших испытаний. Получение предварительных теплофизических и структурных данных по синтезированным матриксам;
• исследование матриксных свойств выбранных вариантов исполнения МИ совместно с Научным центром генетики и наук о жизни и академическим партнером. Предварительное согласие на партнерство получено. Изучение влияния различного состава и структуры мембран на рост различных типов клеток кожи. Продолжение характеризации теплофизических и структурных свойств матриксов. Результат: отчет о результатах исследования матричных свойств МИ на культурах клеток. Корреляция теплофизических и структурных свойств матриксов с условиями получения и составом;
• наработка достаточного количества МИ для проведения исследования на животных. Использование в случае необходимости инфраструктурной базы академического партнера ФНКЦ ФХМ ФМБА для наработки и экспресс-характеризации МИ. Результат: партии трех исполнений МИ (не менее 50 штук для каждого варианта исполнения);
• исследование свойств полученных МИ (заменителей кожи) на лабораторных моделях раневой поверхности и/или трофической язвы совместно с Научным центром генетики и наук о жизни. Результат: Имплантация МИ опытным животным (крысам);
• гистологические исследования тканей вокруг имплантированного МИ. Результат: Отчет о гистологических исследованиях;
• внесение необходимых дополнений и изменений в состав МИ, в зависимости от результатов гистологических исследований. Результат: Оптимизированный вариант исполнения МИ;
• наработка достаточного количества оптимизированного МИ по результатам исследования на лабораторных животных. Результат: Опытная партия МИ, не менее 50 шт;
• разработка способов стерилизации МИ и упаковки, подготовка технической документации для подачи в Росздравнадзор. Результат: ТУ на изделие и упаковку, включая способ стерилизации

В качестве примера наноструктурированного покрытия с различной плотностью нановолокон можно привести разработанное проектной командой покрытие из полилактида, гиалуроновой кислоты и коллагена:

СЭМ изображение разработанной нами композитной пленки полилактид – гиалуроновая кислота - коллаген.

На фотографиях видны области с пониженной плотностью нановолокон, дающие возможность прорастания клеток внутрь покрытия. Создание подобных областей с пониженной плотностью на поверхности КИ даст возможность эффективного прорастания клеток тканей внутрь изделия с одновременной биодеградацией.

СЭМ фибробластов и накопление клеточной массы на матриксе на 9-е сутки эксперимента. Флуоресцентное оптическое изображение, окрашивание кальцеин-АМ. Ув. Х40. Клетки растут в приповерхностном объеме, создавая 3D структуру.

Проект предусматривает как большую работу по производству наноструктурированных аналогов кожи с добавлением факторов роста, так и физическую часть, включающую характеризацию материалов с точки зрения механических, биологических и структурных свойств. Помимо этого, предполагается исследование патентной чистоты, а также общая оценка возможности их использования в медицине.

Актуальность проекта

Поражения кожных покровов, сложность лечения, высокая смертность при ожогах большой площади являются актуальными и социально значимыми проблемами современной медицины. Одним из путей активной терапии на сегодня является пересадка кожи с неповрежденных участков частей тела пострадавшего. При ее нехватке, пораженные участки закрывают заменителями. Существующие на рынке России заменители кожи недостаточно эффективны и преимущественно производятся за рубежом.

Научная и практическая значимость проекта

Ожидается, что разработанный продукт будет иметь достаточную прочность, срок хранения и будет удобен в применении. По завершению проекта разработанный прототип медицинского изделия будет готов к техническим и клиническим испытаниям.

В сотрудничестве с Научным центром генетики и наук о жизни планируется провести оптимизацию структуры и состава разрабатываемых изделий, оценить их эффективность с помощью экспериментов in-vitro и in-vivo на лабораторных животных, выполняемых на базе Научного центра генетики и наук о жизни. Предполагается создание продукта, предназначенного для медицинских учреждений для оказания хирургической помощи населению РФ (в первую очередь) и выход на международный рынок медицинских изделий. Возможно лицензирование технологии крупным корпорациям, являющимся лидерами на рынке медицинских изделий.

Ожидаемые результаты

Перспективный вариант матрикса для наноструктурированного раневого покрытия на основе биосовместимых и биодеградируемых полимеров с добавлением рекомбинантных ростовых факторов, способствующих более быстрой эпителизации и закрытию раневого покрытия.

Партнеры