Вопрос приживания: химикаты остановят отторжение искусственных органов
Риск отторжения органов, выращенных из клеток животных или человека, можно значительно сократить. К такому выводу пришли ученые, проведя исследование о влиянии на эти органы так называемых сшивающих агентов — химических составов, которыми обрабатывают биоинженерные конструкции перед операцией по пересадке. С их помощью можно менять характеристики трансплантатов в зависимости от того, какую ткань или орган нужно восстановить или заменить.
Обработка агентов
Одна из главных проблем трансплантологии — риск отторжения пересаженных донорских органов в силу иммунного ответа организма, который воспринимает их как чужеродные. Ученые из Сеченовского университета, Института фотонных технологий РАН, Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН и Ирландского национального университета в Корке выяснили, как этот риск уменьшить.
Перед операцией полимеры, из которых состоят каркасы имплантируемых конструкций, обрабатывают так называемыми сшивающими агентами. Это химические составы, которые повышают прочность и химическую стойкость полимеров, придают им нужные характеристики.
Как пояснил «Известиям» директор Института регенеративной медицины Сеченовского университета Петр Тимашев, ученые исследовали ткани перикарда (сердечной сумки) крупного рогатого скота, которые часто используют в восстановительной медицине.
— Чтобы снизить реакцию иммунной системы человека на такие трансплантаты, из них удаляют клетки животных, оставляя лишь внеклеточный матрикс, образующий каркас ткани и состоящий главным образом из полимеров: длинных молекул-цепочек, в основном белков, — рассказал он «Известиям». — В зависимости от того, для восстановления или замены каких тканей используется трансплантат, от него требуются различные свойства. Например, для искусственного клапана сердца нужна ткань с гладкой поверхностью, высокой прочностью и устойчивостью к действию ферментов. А костная мембрана, напротив, через некоторое время должна раствориться, уступив место собственной костной ткани пациента.
Имплант с характером
Авторы исследования изучили действие «агентов» разных классов: диизоцианатов (вид твердых или жидких химикатов), карбодиимидов (вещества, которые частично разлагаются и превращаются в полимеры при кипении), эпоксисоединения (класс простых эфиров) и растительный метаболит генипин (химическое соединение, обнаруженное в экстракте плодов гардении).
Все эксперименты проходили в условиях, приближенных к тем, в которых трансплантат окажется после пересадки. Свойства матриксов, обработав каждым из веществ, изучали с помощью сканирующего электронного и атомно-силового микроскопов. Определяли их устойчивость к действию ферментов, эластичность, оценивали сохранность и структуру коллагеновых волокон, проводили гистологический анализ (исследование строения тканей). Также оценивали цитотоксичность материала — возможный вред, который клеткам могут наносить остатки сшивающего «агента».
Как пояснил Петр Тимашев, проведенное исследование поможет ученым и медикам точнее выбирать «сшивающие агенты» тканям, предназначенным для пересадки, и получать матрикс с оптимальным набором характеристик.
— Так, диизоцианат делает трансплантат более шероховатым, и тот может подойти в качестве подложки для костного имплантата. А матриксы, обработанные эпоксисоединением, лучше выдерживают воздействие ферментов — это необходимое качество для сердечно-сосудистой хирургии, — отметил ученый. — Генипин дает наибольшую изотропность (наименьшие различия в характеристиках вдоль и поперек волокон), и обработанные им матриксы можно использовать при обширных повреждениях мягких тканей — например, брюшной стенки.
Биоматериалы будущего
Директор научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» Томского политехнического университета Роман Сурменев в числе ключевых достоинств работы отметил создание экспериментальной модели, которая максимально приближена к реальным условиям эксплуатации разрабатываемых полимерных матриц.
–– Большинство проверенных веществ значительно увеличили устойчивость тканей к воздействиям, что принципиально важно для успешного клинического использования матриц, — сказал он.
Новые данные помогут совершить прорыв в трансплантологии, считает научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» (вуза — участника проекта 5-100) Елизавета Пермякова.
— Авторы работы провели чрезвычайно важные структурные исследования влияния «сшивающих агентов» на ткани, используемые при трансплантации. Дифференцировка тканей путем обработки различными соединениями, без сомнения, позволит повысить эффективность трансплантируемого материала, — сообщила она.
Как пояснили ученые, исследование позволит в ближайшем будущем разработать новый тип биопластических материалов для применения в широкой медицинской практике — прежде всего в стоматологии и кардиологии.
Пересадка органа или ткани (почки, сердца, печени, легкого, костного мозга, стволовых клеток, волос и др.) в медицине называется трансплантацией.
