TECHNOLOGIES OF TISSUE ENGINEERING AND REGENERATIVE MEDICINE

The paper presents the main fundamental and applied results obtained by the Department of Biomedical Technologies and Tissue Engineering over the period of 2010–2014

БИОМАТЕРИАЛЫ, СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И БИОИНЖЕНЕРИЯ

The paper presents the main fundamental and applied results obtained by The Center (Department) for Biomaterials Research for duration of time from 1999 to 2009. В статье представлены основные результаты фундаментальных и прикладных исследований, полученные со- трудниками Центра (отдела) по исследованию биоматериалов, за период 1999–2009 гг.

КЛЕТОЧНО-ИНЖЕНЕРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ В ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ И РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЕ

.

ТЕХНОЛОГИИ ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ И РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ

The paper presents the main fundamental and applied results obtained by the Department of Biomedical Technologies and Tissue Engineering over the period of 2010–2014.В статье представлены основные результаты фундаментальных и прикладных исследований, проводимых сотрудниками отдела биоинженерных технологий и тканевой инженерии ФГБУ ФНЦТИО им. ак. В.И. Шумакова в 2010–2014 годы

DETERMINATION OF THE STABILITY OF A LOCAL ANESTHETIC BROMOKAIN TRANSDERMAL THERAPEUTIC SYSTEM

Aim. To study the stability of biocompatible microemulsion composition-based bromokain transdermal therapeutic systems (TTS) in order to confi rm the original shelf life and to identify the most appropriate TTS composition for storage.Materials and methods. The stability test using accelerated aging method was performed on the samples of TTS containing 50 and 100 mg of bromokain. Physicochemical properties of TTS were analyzed at the end of the 1st, 2nd, 3rd, and 6th month of storage. The physical confi guration of the dosage form, the content of bromokain in TTS, and drug release were evaluated at each stage of the study. The content of bromokain in the samples was recorded using high performance liquid chromatography (HPLC). As a control for each method, the newly manufactured TTS forms were used.Results. Unlike the samples containing 50 mg of bromokain, TTS with 100 mg of the anesthetic demonstrated changes in the physical confi guration and deterioration of the functional properties after the 6th month of storage. The quantitative content of the substance in TTS containing 50 and 100 mg of bromokain met the requirements of regulatory documentation (RD) at allphases of the experiment and was within 50,0 ± 5,0 mg and 100,0 ± 10,0 mg, respectively. The release profi le of TTS with 50 mg of bromokain has remained unchanged during storage and complies with the RD. TTS with 100 mg of bromokain after the 3rd month of storage had a deviation from the release profi le indicated in the RD.Conclusion. The shelf life of 2 years at t = 25 °C preset by us for samples of TTS containing 50 mg of bromokain has been confi rmed. According to the test results, samples of TTS with the content of bromokain of 100 mg were declared unstable and unfi t for storage under the selected storage conditions

ТЕХНОЛОГИИ ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ И РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ В ЛЕЧЕНИИ ДЕФЕКТОВ ХРЯЩЕВОЙ ТКАНИ СУСТАВОВ

Some of the most pressing health problems of the industrial society are the damage and degeneration of articular cartilage associated with the limited capacity of tissues to regenerate. The review describes the existing and developing technologies for the recovery and replacement of damaged joint cartilage tissue. The results obtained are analyzed covering two major areas: the stimulation of regeneration of damaged cartilage tissue and the growing of cartilage tissue elements in bioreactors.Важнейшими проблемами здравоохранения в индустриальном обществе являются повреждение и дегенерация суставного хряща, что связано с ограниченными возможностями ткани к регенерации. В обзоре подробно описаны существующие и разрабатываемые технологии восстановления и замещения поврежденных хрящевых тканей суставов. Дан анализ полученных результатов по двум основным направлениям: стимулирование регенерации поврежденной хрящевой ткани и выращивание элементов хрящевой ткани в биореакторах

РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПЛАНТАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ ЭЛЕКТРОСПИННИНГА И БИОПРИНТИРОВАНИЯ

New implant materials for regenerative and replacement surgery based on biodegradable polymers like collagens and polyoxybutirates are developed. Porous structures with controllable morphology were formed from biodegradable polymers using electrospinning and bioprinting technologies. The matrixes were studied by visible and electron scanning microscopy as well as INTEGRA Tomo scanning probe platform making possible the restoration of inner 3D structure of polymer matrix. Разработаны новые методы получения матриксов для восстановительной и заместительной хирургии из биодеградируемых полимеров полиоксибутирата и коллагена. Для формирования пористых структур с регулируемой морфологией из биодеградируемых полимеров применяли технологии электроспин- нинга и биопринтирования. Полученные структуры исследовали методами оптической микроскопии, электронной сканирующей микроскопии и зондовой микроскопии по технологии ИНТЕГРА Томо, поз- воляющей восстанавливать трехмерное изображение внутренней структуры матрикса.

Влияние биоматриксов на жизнеспособность и инсулинпродуцирующую функцию островков Лангерганса человека in vitro

The culture of islets of Langerhans with bioscaffolds – extracellular matrix (ECM) mimetics – can provide a native microenvironment suitable for islets. This is one of the main conditions for creating a pancreatic tissue equivalent.Objective: to compare the secretory capacity of viable human pancreatic islets in monoculture (control group) and cultured in the presence of two bioscaffolds: biopolymer collagen-based hydrogel scaffold (experimental group 1) and tissue-specific scaffold from decellularized deceased donor pancreas (experimental group 2).Materials and methods. Islets of Langerhans were isolated from the caudal pancreas using a collagenase technique. The viability of cultured islets was accessed by vital fluorescence staining, while secretory capacity was evaluated by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).Results. Pancreatic islets cultured with bioscaffolds showed no signs of degradation and fragmentation, they remained viable throughout the entire period of observation (7 days). The monoculture of islets showed significant destructive changes during this period. Basal insulin levels in experimental groups 1 and 2 increased by 18.8% and 39.5% on day 1 of culture compared to the control group, by 72.8% and 102.7% on day 4 of incubation, and by 146.4% and 174.6% on day 7, respectively. The insulin secretion level of islets with tissue-specific scaffolds was 17.4% higher than that when cultured with biopolymer collagen-based scaffolds.Conclusion. Biopolymer and tissue-specific ECM mimetics contribute not only to preservation of the viability of isolated islets of Langerhans but also maintain their insulin secretion capacity for 7 days at a higher level in comparison with monoculture. The experiments revealed that the use of a tissue-specific scaffold for the creation of a pancreatic tissue equivalent has slight potential advantage over biopolymer scaffold.Культивирование островков Лангерганса с биоматриксами – миметиками внеклеточного матрикса (ВКМ) может обеспечивать характерное для островков нативное микроокружение, что является одним из основных условий создания тканевого эквивалента поджелудочной железы (ПЖ).Цель работы: сравнение секреторной способности жизнеспособных панкреатических островков человека в монокультуре (контрольная группа) и культивированных в присутствии двух биоматриксов: биополимерного коллагенсодержащего гидрогелевого матрикса (опытная группа 1) и тканеспецифического матрикса из децеллюляризованной ПЖ посмертного донора (опытная группа 2).Материалы и методы. Островки Лангерганса выделяли из хвостовой части ПЖ по методике с использованием коллагеназы. Жизнеспособность культивированных островков определяли методом флуоресцентного окрашивания витальным красителем, секреторную способность – методом иммуноферментного анализа (ИФА).Результаты. Панкреатические островки, культивированные с биоматриксами, не проявляли признаков деградации и фрагментации и оставались жизнеспособными в течение всего срока наблюдения (7 суток). В монокультуре островков на этом сроке происходили значительные деструктивные изменения. Базальная концентрация инсулина в опытных группах 1 и 2 на первые сутки культивирования повышалась на 18,8 и 39,5% по сравнению с контрольной группой, на четвертые сутки инкубации – на 72,8 и 102,7%, на седьмые сутки – на 146,4 и 174,6% соответственно. Уровень секреции инсулина островков с тканеспецифическим матриксом был на 17,4% выше, чем при культивировании с биополимерным коллагенсодержащим матриксом.Заключение. Биополимерный и тканеспецифический миметики ВКМ способствуют не только сохранению жизнеспособности изолированных островков Лангерганса, но и поддержанию их инсулинпродуцирующей функции в течение 7 суток на более высоком уровне по сравнению с монокультурой. В условиях проведенных экспериментов выявлено незначительное потенциальное преимущество применения тканеспецифического матрикса по сравнению с биополимерным матриксом для создания тканевого эквивалента поджелудочной железы

EXPERIMENTAL SUBSTANTIATION OF APPLICATION GEL IMPLANT «SFERO®GEL» AND FILM IMPLANT «ELASTOPOB»® AT A TRAUMA OF PERIPHERAL NERVOUS SYSTEM IN EXPERIMENT

The purpose of the present work was the experimental substantiation of application of new biodegraded materials: gel implant «Sfero®Gel» and a film membrane of «ElastoPOB»® a domestic production, in surgery of defeats of peripheral nerves. Experimental researches carried out on females of nonlinear rats, is powerful 200–250 gramme. In experience 10 animals are used, 20 operative interventions on sciatic nerves are executed. Morphological studying of the received material in 101 days after operation was carried out. At application of a membrane «ElastoPOB»® it was defined delimitin of peripheral nerves from surrounding tissue. A film membrane of «ElastoPOB»® is perspective to apply at traumas of a nervous fabric for the purpose of formation of a friable hem in a damage zone. On the basis of the received experimental data it is possible to make the conclusion about possibility and expediency of application of biodegraded materials in surgical treatment of defeats of peripheral nervous system