Ученые МФТИ улучшили регенеративные свойства фибробластов
Технологию модификации клеток соединительной ткани (фибробластов) путем присоединения к их поверхности полимерных микроконтейнеров с многофункциональным белком пероксиредоксином для улучшения регенеративных свойств фибробластов разработали совместно с коллегами биофизики МФТИ, сообщает 21 октября пресс-служба института.
Результаты работы ученые представили в статье «Модификация поверхности фибробластов полимерными микрочастицами, нагруженными пероксиредоксином-1, увеличивает подвижность клеток, устойчивость к окислительному стрессу и выработку коллагена I, опубликованной в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
Фибробласты в живом организме вырабатывают компоненты внеклеточного матрикса, в том числе основного из них — коллагена. Он служит основой дермы кожи, а также сухожилий, костной и хрящевой тканей. Поэтому фибробласты часто используют в регенеративной медицине.
С этой целью фибробласты берут у травмированного пациента, размножают и с помощью инъекции или трансплантата, созданного методом тканевой инженерии, внедряют в поврежденную ткань.
Однако выращивание фибробластов, особенно если это клетки пожилого человека, является длительным процессом. Кроме того, окислительный стресс, вызываемый воспалительным процессом в поврежденной ткани, приводит к гибели значительной части клеток, что снижает скорость заживления. Работа ученых МФТИ показывает путь для решения этой проблемы.
Заместитель заведующего лабораторией специальных клеточных технологий МФТИ и автор идеи исследования Михаил Дурыманов, рассказал:
«Недавно наши коллеги из Института биофизики клетки РАН в Пущино показали, что если к фибробластам добавить белок пероксиредоксин, то он связывается с Toll-подобными рецепторами четвертого типа (TLR4) на поверхности клеток и запускает NF-κB сигнальный каскад, который увеличивает жизнеспособность фибробластов и подавляет процесс их старения в стрессовых условиях».
Это подтолкнуло биофизиков МФТИ к идее инкапсулировать этот белок в полимерные микрочастицы. Они разработали способ инкапсулирования и метод присоединения этих капсул к поверхности фибробластов.
Исследование показало, что в этом случае микрочастицы-капсулы медленно высвобождают биологически активный пероксиредоксин и он в течение продолжительного времени стимулирует фибробласты.
«Мы впервые применили для фибробластов метод химической модификации клеточной поверхности полимерными частицами с биологически активным содержимым. Одной из ключевых задач работы было проведение реакции конъюгирования между карбоксильными группами полилактида-ко-гликолида в составе микрочастиц и аминогруппами белков на поверхности фибробластов», — рассказал аспирант лаборатории специальных клеточных технологий института Нинфей Шэнь.
Для ее решения исследователи использовали реакцию с участием карбодиимида (EDC) и сульфо-N-гидроксисукцинимида (Sulfo-NHS). Хотя эта простая реакция практически не применяется для конъюгирования молекул к живым клеткам из-за высокой цитотоксичности EDC и Sulfo-NHS, биофизики МФТИ нашли способ обойти эту проблему.
С этой целью первый этап реакции — активацию карбоксильных групп — они провели отдельно от клеток, а избыток непрореагировавших EDC и Sulfo-NHS удаляли. Далее исследователи добавляли активированные микрочастицы к фибробластам, иммобилизованным на поверхности культурального пластика.
Эксперименты показали, что разработанный метод присоединения полимерных микрочастиц, содержащих пероксиредоксин, к поверхности фибробластов значительно увеличивает их жизнеспособность в условиях окислительного стресса, а также их подвижность и способность продуцировать коллаген.
Разработчики считают, что применение описанного ими подхода приведет к лучшей адаптации клеток при трансплантации и тем самым увеличит эффективность клеточной терапии с использованием фибробластов.
В исследовании, кроме сотрудников лаборатории специальных клеточных технологий МФТИ, приняли участие специалисты из Института биофизики клетки РАН, МГУ и Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии им. В. И. Кулакова.
