RU2659842C2 - Carrier for transplantable cells for replacement of a defect obtained with a head injury - Google Patents

Carrier for transplantable cells for replacement of a defect obtained with a head injury Download PDF

Info

Publication number
RU2659842C2
RU2659842C2 RU2016151349A RU2016151349A RU2659842C2 RU 2659842 C2 RU2659842 C2 RU 2659842C2 RU 2016151349 A RU2016151349 A RU 2016151349A RU 2016151349 A RU2016151349 A RU 2016151349A RU 2659842 C2 RU2659842 C2 RU 2659842C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
molecular weight
hyaluronic acid
high molecular
chitosan
hydrogel
Prior art date
Application number
RU2016151349A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016151349A (en
RU2016151349A3 (en
Inventor
Ольга Павловна Тихобразова
Александр Владимирович Балябин
Ирина Васильевна Мухина
Петр Сергеевич Тимашев
Владимир Исаакович Юсупов
Виктор Николаевич Баграташвили
Анастасия Петровна Понятовская
Арсений Андреевич Гладков
Мария Валерьевна Ведунова
Елена Владимировна Митрошина
Татьяна Александровна Мищенко
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Priority to RU2016151349A priority Critical patent/RU2659842C2/en
Publication of RU2016151349A publication Critical patent/RU2016151349A/en
Publication of RU2016151349A3 publication Critical patent/RU2016151349A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2659842C2 publication Critical patent/RU2659842C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/715Polysaccharides, i.e. having more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic linkages; Derivatives thereof, e.g. ethers, esters
    • A61K31/716Glucans
    • A61K31/722Chitin, chitosan
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/715Polysaccharides, i.e. having more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic linkages; Derivatives thereof, e.g. ethers, esters
    • A61K31/726Glycosaminoglycans, i.e. mucopolysaccharides
    • A61K31/728Hyaluronic acid

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to neurosurgery. Carrier for transplanted cells to replace a defect, obtained with a head injury, is made in the form of a 3D biodegradable scaffold consisting of a frame made with chitosan, bound by a hydrogel from hyaluronic acid, with autologous neural stem cells of the olfactory epithelium planted at the stage of formation of the neurosphere. Frame has the form of honeycombs with an outer cell diameter of 250 mcm, an internal honeycomb diameter of 150 mcm, height of the honeycomb is 250 mcm, high-molecular hyaluronic acid is used as the hydrogel, while a composition, which is used as raw materials for the creation of 3-dimensional structures, consisting of high molecular weight chitosan with a molecular weight of 80 kDa, degree of acetylation of 0.15, and high-molecular hyaluronic acid with registration number 9067-32-7 with a weight ratio of 3 parts of high molecular weight chitosan and 1 part of high molecular weight hyaluronic acid.
EFFECT: invention allows the formation of tissue in place of the damaged area.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, в частности к нейрохирургии, регенераторной медицине, клеточной биотехнологии, и может быть использовано для расширения арсенала носителей для трансплантируемых клеток (скаффолдов) для лечения тяжелой черепно-мозговой травмы и разработки новых терапевтических подходов, базирующихся на принципах клеточной медицины.The present invention relates to medicine, in particular to neurosurgery, regenerative medicine, cell biotechnology, and can be used to expand the arsenal of carriers for transplanted cells (scaffolds) for the treatment of severe traumatic brain injury and the development of new therapeutic approaches based on the principles of cell medicine .

Носители для трансплантируемых клеток так называемые скаффолды представляют собой трехмерные пористые или волокнистые матрицы, основная функция которых состоит в обеспечении механического каркаса для клеток. В идеале скаффолды должны обладать рядом свойств, позволяющих достигнуть формирования полноценной костной или иной биологической ткани. Такими свойствами являются: наличие адгезивной поверхности, способствующей пролиферации и дифференцировке клеток, биосовместимость и отсутствие иммунологического отторжения, нетоксичность, биодеградация, скорость которой соответствовала бы росту собственной ткани, оптимальный размер пор для пространственного распределения клеток, васкуляризации, а также диффузии питательных веществ и удаления продуктов жизнедеятельности. Выбор материала для получения скаффолдов - один из важнейших этапов пластики дефектов. Исходя из того факта, что скаффолды выполняют функции, аналогичные функциям внеклеточного матрикса, основополагающим фактором при выборе материала является его способность к частичной имитации внеклеточного матрикса. В целом можно выделить три основные группы материалов, применяемых при изготовлении скаффолдов: природные полимеры, синтетические полимеры и керамика.Carriers for transplanted cells, the so-called scaffolds, are three-dimensional porous or fibrous matrices whose main function is to provide a mechanical framework for the cells. Ideally, scaffolds should have a number of properties that allow them to achieve the formation of complete bone or other biological tissue. Such properties are: the presence of an adhesive surface that promotes cell proliferation and differentiation, biocompatibility and lack of immunological rejection, non-toxicity, biodegradation, the rate of which would correspond to the growth of own tissue, the optimal pore size for spatial distribution of cells, vascularization, as well as diffusion of nutrients and removal of products life activity. The choice of material for obtaining scaffolds is one of the most important stages in the plasticity of defects. Based on the fact that scaffolds perform functions similar to those of the extracellular matrix, a fundamental factor in the choice of material is its ability to partially simulate the extracellular matrix. In general, there are three main groups of materials used in the manufacture of scaffolds: natural polymers, synthetic polymers and ceramics.

В настоящее время достигнуты определенные успехи в разработке скаффолдов в таких областях медицины, как ортопедия и травматология, сердечно-сосудистая хирургия, челюстно-лицевая хирургия, стоматология.Currently, certain successes have been achieved in the development of scaffolds in such areas of medicine as orthopedics and traumatology, cardiovascular surgery, maxillofacial surgery, and dentistry.

За прототип предлагаемого устройства выбран известный носитель для трансплантируемых клеток для замещения дефекта, полученного при черепно-мозговой травме, выполненный в виде 3D биодеградируемого скаффолда, содержащего каркас, выполненный с применением хитозана, связанного гидрогелем из гиалуроновой каислоты с посаженными аутологичными нейральными стволовыми клетками обонятельного эпителия (см. А.В. Балябин, И.В. Мухина «Трансплантация аутологичных нейральных стволовых клеток обонятельного эпителия в терапии последствий тяжелой черепно-мозговой травмы (обзор)» в ж. СТМ 2016 - том 8, №1).For the prototype of the proposed device, a well-known carrier for transplanted cells was selected to replace the defect obtained during traumatic brain injury, made in the form of a 3D biodegradable scaffold containing a skeleton made using chitosan bound by a hydrogel from hyaluronic acid with planted autologous neural stem epithelial cells (olfactory see A. V. Balyabin, I. V. Mukhina “Transplantation of autologous neural stem cells of the olfactory epithelium in the treatment of consequences of severe epno brain injury (Review) "in the journal STM 2016 -. Volume 8, №1).

Хитозан - производное линейного полисахарида, макромолекулы которого состоят из случайно связанных р-(1-4)^-глюкозаминовых звеньев и N-ацетил^-глюкозамина. Данный материал обычно получают из хитина, встречающегося в составе оболочек ракообразных, кутикулы насекомых и клеточной стенки грибов. Ряд преимуществ делают хитозан широко используемым в тканевой инженерии. В отличие от синтетических материалов этот природный полимер растворим при рН<5,5 и, соответственно, не требует жестких условий обработки. Наличие боковых катионных групп для присоединения к другим молекулам позволяет комбинировать хитозан с различными биоактивными веществами. Также этот полимер показывает хорошую биосовместимость, отсутствие иммунологического отторжения и, что очень важно, противомикробные свойства в отношении некоторых бактерий и грибов. Механизм, обусловливающий эту способность, до конца не выявлен. По некоторым предположениям, катионные группы хитозана могут связываться с анионными группами клеточной стенки бактерий, нарушая транспорт веществ и подавляя биосинтез, что приводит к гибели бактерий.Chitosan is a derivative of a linear polysaccharide whose macromolecules consist of randomly linked p- (1-4) ^ - glucosamine units and N-acetyl ^ -glucosamine. This material is usually obtained from chitin, which is found in the shells of crustaceans, cuticles of insects, and the cell wall of fungi. A number of advantages make chitosan widely used in tissue engineering. Unlike synthetic materials, this natural polymer is soluble at pH <5.5 and, accordingly, does not require harsh processing conditions. The presence of lateral cationic groups for attachment to other molecules allows the combination of chitosan with various bioactive substances. Also, this polymer shows good biocompatibility, the absence of immunological rejection and, very importantly, antimicrobial properties against certain bacteria and fungi. The mechanism underlying this ability has not been fully identified. According to some assumptions, the cationic groups of chitosan can bind to the anionic groups of the bacterial cell wall, disrupting the transport of substances and inhibiting biosynthesis, which leads to the death of bacteria.

Клеточный подход в тканевой инженерии заключается в предварительной посадке стволовых клеток на скаффолды перед трансплантацией носителя в место дефекта. Показано, что такие костные имплантаты в целом обладают лучшей интеграцией с тканями хозяина, а за счет аутологичности клеток отсутствует иммунный ответ.The cellular approach in tissue engineering involves pre-planting stem cells on scaffolds before transplanting the carrier to the defect site. It was shown that such bone implants as a whole have better integration with the host tissues, and due to the autologous nature of the cells, there is no immune response.

Однако в известном источнике основное внимание было уделено исследованиям, изучающим способности нейральных стволовых клеток способности дифференцироваться в нейральном и глиальном направлении в зависимости от условий культивирования в специализированных нишах головного мозга, что также является важной проблемой при лечении травматических поражений мозга с помощью клеточных технологий.However, in a well-known source, the main attention was paid to studies studying the ability of neural stem cells to differentiate in the neural and glial directions depending on the culturing conditions in specialized niches of the brain, which is also an important problem in the treatment of traumatic brain lesions using cell technology.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в разработке конструкции носителя для трансплантируемых клеток для терапии черепно-мозговой травмы.The technical result of the invention is to develop a carrier design for transplanted cells for the treatment of traumatic brain injury.

Технический результат достигается тем, что в известном носителе для трансплантируемых клеток для замещения дефекта, полученного при черепно-мозговой травме, выполненном в виде 3D биодеградируемого скаффолда, состоящего из каркаса, выполненного с применением хитозана, связанного гидрогелем из гиалуроновой кислоты с посаженными аутологичными нейральными стволовыми клетками обонятельного эпителия, каркас имеет форму пчелиных сот с внешним диаметром соты 250 мкм, внутренним диаметром соты 150 мкм, высотой соты 250 мкм, в качестве гидрогеля используют высокомолекулярную гиалуроновую кислоту, при этом в качестве исходных материалов для создания 3-х мерных структур используют композицию, состоящую из высокомолекулярного хитозана (80 кДа, степень ацетилирования 0.15) и высокомолекулярной гиалуроновой кислоты (каталожный номер 9067-32-7) с соотношением по массе 3 части высокомолекулярного хитозана и 1 часть высокомолекулярной гиалуроновой кислоты, посадку аутологичных нейральных стволовых клеток обонятельного эпителия в гидрогель осуществляют на стадии образования нейросфер.The technical result is achieved by the fact that in a known carrier for transplanted cells to replace a defect received during a brain injury, made in the form of a 3D biodegradable scaffold, consisting of a framework made using chitosan bound by a hydrogel of hyaluronic acid with autologous neural stem cells planted olfactory epithelium, the scaffold has the shape of a honeycomb with an external honeycomb diameter of 250 microns, an internal honeycomb diameter of 150 microns, a cell height of 250 microns, as a hydrogel and high molecular weight hyaluronic acid is used, while the composition consisting of high molecular weight chitosan (80 kDa, degree of acetylation 0.15) and high molecular weight hyaluronic acid (catalog number 9067-32-7) with a weight ratio is used as starting materials for creating 3-dimensional structures 3 parts of high molecular weight chitosan and 1 part of high molecular weight hyaluronic acid, the autologous neural stem cells of the olfactory epithelium are planted in the hydrogel at the stage of neurosphere formation.

Предлагаемое изобретение отвечает критериям «новизна» и «изобретательский уровень», так как при проведении патентно-информационных исследований не выявлено источников научно-медицинской информации и патентной документации, которые порочат новизну предлагаемого изобретения, равно как и технических решений с существенными признаками предлагаемого устройства.The present invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step", since when conducting patent information research, no sources of scientific and medical information and patent documentation have been identified that discredit the novelty of the proposed invention, as well as technical solutions with essential features of the proposed device.

На фиг. 1 представлена 3D модель биодеградируемого скаффолда, каркас которого выполнен в виде пчелиных сот с внешним диаметром соты 250 мкм, внутренним диаметром соты 150 мкм, высотой соты 250 мкм, в качестве гидрогеля используют высокомолекулярную гиалуроновую кислоту, при этом в качестве исходных материалов для создания 3-мерных структур использовалась композиция, состоящая из высокомолекулярного хитозана (80 кДа, степень ацетилирования 0.15) и высокомолекулярной гиалуроновой кислоты (каталожный номер 9067-32-7), с соотношением по массе 3 части высокомолекулярного хитозана и 1 часть высокомолекулярной гиалуроновой кислоты.In FIG. Figure 1 shows a 3D model of a biodegradable scaffold, the skeleton of which is made in the form of bee honeycombs with an external honeycomb diameter of 250 μm, an internal diameter of a honeycomb of 150 microns, a honeycomb height of 250 microns, high molecular weight hyaluronic acid is used as a hydrogel, and 3- of dimensional structures, a composition was used consisting of high molecular weight chitosan (80 kDa, 0.15 acetylation degree) and high molecular weight hyaluronic acid (catalog number 9067-32-7), with a weight ratio of 3 parts of high molecular weight ulyarnogo chitosan and 1 part of the high molecular hyaluronic acid.

На фиг. 2 представлена микрофотография носителя.In FIG. 2 is a micrograph of a carrier.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании носителя трансплантируемых клеток для лечения больных с черепно-мозговой травмой.The technical result of the invention is to provide a carrier of transplanted cells for the treatment of patients with traumatic brain injury.

При этом: - формирование каркасообразующей молекулы из высокомолекулярного хитозана;In this case: - the formation of a carcass-forming molecule from high molecular weight chitosan;

- создание гидрогеля из высокомолекулярной гиалуроновой кислоты;- the creation of a hydrogel from high molecular weight hyaluronic acid;

- определение соотношения по массе высокомолекулярного хитозана (3 части) и высокомолекулярной гиалуроновой кислоты (1 часть) при сшивании каркаса;- determination of the ratio by weight of high molecular weight chitosan (3 parts) and high molecular weight hyaluronic acid (1 part) when the framework is stitched;

- посадка аутологичных нейральных стволовых клеток обонятельного эпителия вводят в гидрогель на стадии образования нейросфер. Указанные существенные признаки позволяют сформировать гидрогелевый скаффолд-носитель биологически активных клеток, при использовании которого решается комплекс задач, связанных как со структурой дефекта ЧМТ, так и с воспалительными процессами, протекающими в месте травмы. Поскольку механические характеристики носителя совпадают с механическими характеристиками окружающей ткани, в процессе эксперимента не происходило формирования фиброзной капсулы, вызванной механическими повреждениями внеклеточного матрикса головного мозга материалом скаффолда Состав компонентов, на основе которых формировался носитель, и их соотношение по массе обеспечивает механические свойства структуры и инициирует процесс деградации при взаимодействии с окружающими тканями и биологическими жидкостями.- the landing of autologous neural stem cells of the olfactory epithelium is introduced into the hydrogel at the stage of formation of the neurospheres. These essential features make it possible to form a hydrogel scaffold carrier of biologically active cells, which, when used, solves a set of problems related to both the structure of the TBI defect and inflammatory processes that occur at the site of injury. Since the mechanical characteristics of the carrier coincide with the mechanical characteristics of the surrounding tissue, during the experiment there was no formation of a fibrous capsule caused by mechanical damage to the extracellular matrix of the brain by scaffold material. The composition of the components on the basis of which the carrier was formed, and their mass ratio provides mechanical properties of the structure and initiates the process degradation when interacting with surrounding tissues and biological fluids.

Проведены экспериментальные исследования по эффективности действия состава гидрогеля,на основе высоко-, средне- и низкомолекулярной гиалуроновой кислоты через 7 дней после травмы. Исследования показали, что в отличие от гидрогеля со средне- и низкомолекулярной гиалуроновой кислотой, гидрогель из высокомолекулярной гиалуроновой кислоты оказывает оптимизирующее влияние на функциональное состояние мышей в посттравматическом периоде.Experimental studies on the effectiveness of the hydrogel composition based on high, medium and low molecular weight hyaluronic acid were carried out 7 days after the injury. Studies have shown that, unlike a hydrogel with medium and low molecular weight hyaluronic acid, a hydrogel of high molecular weight hyaluronic acid has an optimizing effect on the functional state of mice in the post-traumatic period.

Включение биоактивных веществ в структуру скаффолда для их постепенного высвобождения в процессе биорезорбции материала является также очень важной задачей тканевой инженерии. Биоактивные вещества должны не только индуцировать остеогенную дифференцировку, но и привлекать новые стволовые клетки носителя, а также стимулировать ангиогенез. Системное введение факторов роста обычно является малоэффективным, а иногда и опасным вследствие их короткого времени жизни (особенно в физиологических средах), неизбирательного биораспределения, потенциальной токсичности и риска канцерогенной активности. Включение биоактивных веществ в скаффолд решает несколько основных задач: локализованная доставка оптимальной концентрации ростовых факторов внутрь имплантата, сохранение биологической активности молекул, контролируемое высвобождение веществ в течение необходимого периода времени. Как и сам скаффолд, система доставки должны иметь регулируемую скорость биодеградации, отсутствие токсичности и влияния на структуру матриц. Протестированы гидрогели с посаженными биологически активными клетками - аутологичные нейральные стволовые клетки обонятельного эпителия и аутологичные нейральные стволовые клетки обонятельного эпителия на стадии образования нейросфер. Использование последних показало значительное улучшение результатов поведенческого тестирования, выраженного уменьшения объема поврежденной ткани мозга. Морфофункциональными параметрами оценки биосовместимости скаффолда in vivo являлись визуализация целостности ткани мозга с помощью МРТ и тестирование когнитивного поведения мышей.The inclusion of bioactive substances in the structure of the scaffold for their gradual release during the bioresorption of the material is also a very important task of tissue engineering. Bioactive substances should not only induce osteogenic differentiation, but also attract new stem cells of the carrier, and also stimulate angiogenesis. Systemic administration of growth factors is usually ineffective and sometimes dangerous due to their short lifetime (especially in physiological environments), indiscriminate biodistribution, potential toxicity, and the risk of carcinogenic activity. The inclusion of bioactive substances in the scaffold solves several basic problems: localized delivery of the optimal concentration of growth factors inside the implant, preservation of the biological activity of the molecules, controlled release of substances for the required period of time. Like the scaffold itself, the delivery system should have an adjustable rate of biodegradation, no toxicity and no effect on the structure of the matrices. Hydrogels with planted biologically active cells — autologous neural stem cells of the olfactory epithelium and autologous neural stem cells of the olfactory epithelium at the stage of neurosphere formation, were tested. The use of the latter showed a significant improvement in the results of behavioral testing, a pronounced decrease in the volume of damaged brain tissue. The morphofunctional parameters for assessing the biocompatibility of the scaffold in vivo were visualization of the integrity of brain tissue using MRI and testing the cognitive behavior of mice.

Томография головного мозга мышей была проведена на высокопольном магниторезонансном томографе Agilent Technologies DD2-400 9.4 Т (400 MHz) с объемной катушкой М2М (Н1). Мониторинг физиологических параметров животных (температура, дыхание, ЭКГ) во время проведения томографии проводился на оборудовании фирмы SA Instruments с использованием программы PC-SAM. Во время томографии животные находились под изофлюрановым наркозом. Подогрев животных осуществлялся теплым воздухом с температурой 37°C.Mice brain tomography was performed on an Agilent Technologies DD2-400 9.4 T (400 MHz) high-field magnetic resonance imaging scanner with a volume coil M2M (H 1 ). Monitoring of physiological parameters of animals (temperature, respiration, ECG) during tomography was carried out using equipment from SA Instruments using the PC-SAM program. During tomography, the animals were under isoflurane anesthesia. The animals were heated with warm air with a temperature of 37 ° C.

Для получения диффузионно-взвешенных изображений головного мозга животных была использована импульсная последовательность SEMSDWI (spin echo multi slice, «многослойное спиновое эхо»). Для получения оптимальных по контрасту и разрешению изображений были выбраны следующие параметры: время повторения - 1000 мс, время появления эха было в диапазоне от 20 до 25 мс, количество срезов - 15, толщина одного среза составляла 1 мм, поле зрения - 20×20 мм2, размер матрицы - 128×128. Параметры диффузии были выбраны такими, что амплитуда равнялась 23.50 Гс/см, длительность импульсов - 6 мс, время между импульсами - 12 мс, b-фактор был выбран 1500 с/мм2. Общая длительность последовательности составляла 8 мин 32 сек.To obtain diffusion-weighted images of the brain of animals, the pulse sequence SEMSDWI (spin echo multi slice, “multilayer spin echo”) was used. To obtain images with optimal contrast and resolution, the following parameters were chosen: the repetition time was 1000 ms, the echo appeared in the range from 20 to 25 ms, the number of slices was 15, the thickness of one slice was 1 mm, the field of view was 20 × 20 mm 2 , the matrix size is 128 × 128. The diffusion parameters were chosen such that the amplitude was 23.50 G / cm, the pulse duration was 6 ms, the time between pulses was 12 ms, and the b factor was chosen to be 1500 s / mm 2 . The total duration of the sequence was 8 min 32 sec.

Для получения Т2-взвешенных изображений была использована импульсная последовательность MEMS (multi echo multi slice, «многослойное эхо») с параметрами - время повторения 1300 мс, время появления эха 8 мс, количество эхо - 10, количество накоплений - 4, количество срезов 15, толщина одного среза составляла 1 мм, поле зрения - 20×20 мм2, размер матрицы - 128×128. Общая длительность последовательности была 10 мин 39 сек.To obtain T2-weighted images, we used the pulse sequence MEMS (multi echo multi slice, “multi-layer echo”) with parameters - repetition time 1300 ms, echo appearance time 8 ms, echo quantity - 10, number of accumulations - 4, number of slices 15, the thickness of one slice was 1 mm, the field of view was 20 × 20 mm 2 , and the matrix size was 128 × 128. The total duration of the sequence was 10 min 39 sec.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Эффективность работы носителя оценивают с использованием магнитно-резонансного томографа. На MP-томограммах головного мозга мыши визуализируется очаг размозжения ткани, неправильной формы, с нечеткими контурами, в области сенсомоторной коры. На 7 сутки после имплантирования 3D биодеградируемого скаффолда с аутологичными нейральными стволовыми клетками обонятельного эпителия отмечается нарушение структуры ткани в очаге с отторжением некротических масс, которое к 21 суткам уменьшается в объеме на 82,51% (р<0,05) относительно показателя 7 суток. Объем очага повреждения у животного с имплантированием скаффолда с аутологичными нейральными стволовыми клетками обонятельного эпителия в период с 14-х по 21-е сутки уменьшается относительно показателей контрольного животного на 6,12% (р>0,05) и 65,84% (р<0,05) соответственно, что позволяет сделать вывод о биосовместимости скаффолда. Через 5 месяцев после нейротрансплантации биодеградируемого скаффолда на основе высокомолекулярного хитозана в комплексе с гидрогелем высокомолекулярной кислоты с посаженными аутологичными нейральными стволовыми клетками обонятельного эпителия, по данным МРТ в области очага повреждения обнаружено образование однородной ткани, которая по интенсивности сравнима с интактной тканью, не имеет выраженной границы с интактной тканью, не накапливает жидкость и не имеет уплотнений. Имплантация через неделю после моделирования ЧМТ в очаг повреждения предлагаемого носителя оказывала положительное действие на способность животных к обучению условным рефлексам на 10 сутки и актуализации следов кратковременной и долговременной памяти в отдаленном периоде.The performance of the media is evaluated using a magnetic resonance imager. On the MP-tomograms of the mouse brain, a crush area of tissue of irregular shape, with fuzzy contours, in the area of the sensorimotor cortex is visualized. On the 7th day after implantation of a 3D biodegradable scaffold with autologous neural stem cells of the olfactory epithelium, there is a violation of the tissue structure in the focus with rejection of necrotic masses, which decreases by 21.5 days in volume by 82.51% (p <0.05) relative to 7 days. The volume of the lesion focus in an animal with implantation of a scaffold with autologous neural stem cells of the olfactory epithelium in the period from the 14th to the 21st day decreases relative to the control animal by 6.12% (p> 0.05) and 65.84% (p <0.05), respectively, which allows us to conclude that the scaffold is biocompatible. 5 months after the neurotransplantation of a biodegradable scaffold based on high molecular weight chitosan in combination with a high molecular weight hydrogel with autologous neural stem cells of olfactory epithelium planted, according to MRI, a homogeneous tissue was found in the area of the lesion that is comparable in intensity to the border of the intact with intact fabric, does not accumulate liquid and has no seals. Implantation a week after the simulation of head injury in the lesion site of the proposed carrier had a positive effect on the ability of animals to learn conditioned reflexes for 10 days and the actualization of traces of short-term and long-term memory in a distant period.

Структуру носителя формируют непосредственно в объеме фоточувствительной композиции методом двухфотонной фотополимеризации [P.S. Timashev, T.S. Demina, N.V. Minaev, K.N. Bardakova, A.V. Koroleva, O.A. Kufelt, B.N. Chickov, V.Ya. Panchenko, T.A. Akopova, V.N. Bagratashvili. Fabrication of microstructured materials based on chitosan and its derivatives using two-photon polymerization. High Energy Chemistry 07/2015; 49(4):337-340] на установке Micro-3-Dimensional Structuring System (Лазерный центр Ганновера) с использованием второй гармоники фемтосекундного лазера ТеМа-100 (Авеста-Проект). С помощью лазерного излучения по заданной трехмерной модели послойно формируют сшитые области гидрогеля, представляющие собой гексагональный массив взаимно соединенных полых цилиндров из высокомолекулярного хитозана высотой 250 мкм, внешним диаметром 250 мкм и внутренним диаметром 150 мкм. Получают сшитые структуры в виде пчелиных сот диаметром около 3 мм и высотой 250 мкм. Создание изготавливаемых структур проводят в дистиллированной воде до тех пор, пока не отмыт несшитый материал.The carrier structure is formed directly in the volume of the photosensitive composition by two-photon photopolymerization [P.S. Timashev, T.S. Demina, N.V. Minaev, K.N. Bardakova, A.V. Koroleva, O.A. Kufelt, B.N. Chickov, V.Ya. Panchenko, T.A. Akopova, V.N. Bagratashvili. Fabrication of microstructured materials based on chitosan and its derivatives using two-photon polymerization. High Energy Chemistry 07/2015; 49 (4): 337-340] at the Micro-3-Dimensional Structuring System (Hanover Laser Center) using the second harmonic of the TeMa-100 femtosecond laser (Avesta-Project). Using laser radiation according to a given three-dimensional model, cross-linked hydrogel regions are formed layer-by-layer, which are a hexagonal array of interconnected hollow cylinders of high molecular weight chitosan with a height of 250 μm, an external diameter of 250 μm and an internal diameter of 150 μm. Crosslinked structures are obtained in the form of honeycombs with a diameter of about 3 mm and a height of 250 microns. The creation of fabricated structures is carried out in distilled water until the uncrosslinked material is washed.

Предлагаемый носитель работает следующим образом.The proposed medium works as follows.

Моделируют тяжелую черепно-мозговую травму методом свободного падения груза. Наркотизированное животное (изофлюран 1,5%) фиксируют в стереотаксической установке для мышей «Narishige» (Япония). Голову животного прижимают к стальной пластине для предотвращения перелома челюсти и достижения горизонтального расположения свода черепа к торцевому участку груза, а также снижения рассеивания энергии удара. Затем на коже головы, свободной от шерсти, и обработанной асептическим раствором, делают срединный продольный разрез (1 см), и производят трепанацию фрезой костей черепа (bregma 2 мм, 2 мм латеральнее от срединной линии). Твердую мозговую оболочку оставляют неповрежденной. Груз, представляющий собой стальной цилиндр весом 4 г, поднимают на высоту 80 см, затем сбрасывают, тем самым нанося удар по области трепанационного окна (диаметр ударной части соответствует трепанационному окну 3 мм). После нанесения травмы кожу животных плотно ушивают хирургической нитью (0,2 мм), шов обрабатывают антисептическим раствором. В течение эксперимента температуру животных поддерживают на уровне 36,5-37,5°C с помощью электрической грелки. После моделирования ЧМТ мышей оставляют для восстановления от наркоза, затем возвращают в жилые клетки. Животным обеспечивают послеоперационный уход и свободный доступ к воде и пище.A severe traumatic brain injury is simulated by the free fall method. An anesthetized animal (isoflurane 1.5%) is fixed in a stereotactic setup for mice “Narishige" (Japan). The animal’s head is pressed against a steel plate to prevent fracture of the jaw and achieve a horizontal arrangement of the cranial vault to the end portion of the load, as well as to reduce the dispersion of impact energy. Then, on the scalp, free from wool, and treated with an aseptic solution, make a median longitudinal incision (1 cm), and make a trepanation with a cutter of the bones of the skull (bregma 2 mm, 2 mm lateral from the midline). The dura mater is left intact. The load, which is a steel cylinder weighing 4 g, is lifted to a height of 80 cm, then dumped, thereby striking the area of the trepanation window (the diameter of the shock part corresponds to the trepanation window 3 mm). After injury, the skin of animals is tightly sutured with surgical thread (0.2 mm), the suture is treated with an antiseptic solution. During the experiment, the temperature of the animals is maintained at 36.5-37.5 ° C using an electric heating pad. After modeling the TBI, mice are left to recover from anesthesia, then returned to the living cells. Animals are provided with postoperative care and free access to water and food.

На 7 сутки после моделирования черепно-мозговой травмы животных вновь наркотизируют 1,5% раствором изофлюрана. В очаг повреждения имплантируют 3D биодеградируемый скаффолд (2×1 мм) с аутологичными нейральными стволовыми клетками обонятельного эпителия. Лабораторным животным контрольной группы вводят забуференный физиологический раствор (PBS, 30 мкл).On the 7th day after the simulation of a traumatic brain injury, the animals are again anesthetized with a 1.5% isoflurane solution. A 3D biodegradable scaffold (2 × 1 mm) with autologous neural stem cells of the olfactory epithelium is implanted into the lesion. Buffered saline (PBS, 30 μl) was administered to laboratory animals of the control group.

При моделировании ЧМТ у животных, вследствие нарушения неврологических функций, двигательного и эмоционального поведения, нарушалась способность к обучению, что согласуется с данными литературы. Поведенческие тесты выявили существенные улучшения восстановления когнитивных и моторных функций ЦНС у животных на фоне проведенной нейротрансплантации. Имплантирование через неделю после моделирования ЧМТ в очаг повреждения предлагаемого носителя оказывало протекторное действие, восстанавливая синаптическую пластичность нейронов головного мозга (коры, гиппокампа), лежащих в основе процессов обучения и памяти. Наблюдалось оптимизирующее действие на способность животных к обучению УРПИ на 10 сутки и актуализации следов кратковременной и долговременной памяти в отдаленном периоде.When modeling head injury in animals, due to impaired neurological functions, motor and emotional behavior, learning ability was impaired, which is consistent with literature data. Behavioral tests revealed significant improvements in the restoration of cognitive and motor functions of the central nervous system in animals against the background of neurotransplantation. Implantation a week after the simulation of head injury in the lesion site of the proposed carrier had a protective effect, restoring the synaptic plasticity of the neurons of the brain (cortex, hippocampus) that underlie the processes of learning and memory. There was an optimizing effect on the ability of animals to learn passive avoidance reaction on the 10th day and the actualization of traces of short-term and long-term memory in the distant period.

Выявленные морфологические и функциональные параметры жизнедеятельности мышей свидетельствовали о биосовместимости биодеградируемого материала 3D скаффолда на основе высокомолекулярного хитозана в комплексе с гидрогелем из высокомолекулярной гиалуроновой кислоты с посаженными аутологичными нейральными стволовыми клетками обонятельного эпителия на стадии образования нейросфер. Интересным фактом явилось и то, что была сделана попытка частичного восстановления ткани, утраченной в результате травмы, которая в обычном случае навсегда остается невосполненной, так как на месте зоны повреждения остается киста, окруженная глиальным рубцом и заполненная ликвором. Трансплантация трехмерной оформленной биодеградируемой структуры способствовала формированию ткани мозга на месте поврежденной области при травме.The revealed morphological and functional parameters of the vital activity of mice testified to the biocompatibility of the biodegradable 3D scaffold material based on high molecular weight chitosan in combination with a high molecular weight hyaluronic acid hydrogel with planted autologous neural stem cells of the olfactory epithelium at the neurosphere formation stage. An interesting fact was that an attempt was made to partially restore tissue lost as a result of trauma, which in the usual case always remains unrepaired, since a cyst surrounded by a glial scar and filled with cerebrospinal fluid remains in the area of the lesion. Transplantation of a three-dimensional shaped biodegradable structure contributed to the formation of brain tissue in place of the damaged area during trauma.

Claims (1)

Носитель для трансплантируемых клеток для замещения дефекта, полученного при черепно-мозговой травме, выполненный в виде 3D биодеградируемого скаффолда, состоящего из каркаса, выполненного с применением хитозана, связанного гидрогелем из гиалуроновой кислоты с посаженными на стадии образования нейросфер аутологичными нейральными стволовыми клетками обонятельного эпителия, отличающийся тем, что каркас имеет форму пчелиных сот с внешним диаметром соты 250 мкм, внутренним диаметром соты 150 мкм, высотой соты 250 мкм, в качестве гидрогеля используют высокомолекулярную гиалуроновую кислоту, при этом в качестве исходных материалов для создания 3-мерных структур используют композицию, состоящую из высокомолекулярного хитозана, молекулярная масса 80 кДа, степень ацетилирования 0.15, и высокомолекулярной гиалуроновой кислоты, регистрационный номер 9067-32-7, с соотношением по массе 3 части высокомолекулярного хитозана и 1 часть высокомолекулярной гиалуроновой кислоты.Carrier for transplanted cells to replace a defect caused by traumatic brain injury, made in the form of a 3D biodegradable scaffold, consisting of a scaffold made using chitosan bound by a hydrogel of hyaluronic acid with autologous neural stem cells epithelially planted at the neurosphere formation stage, different the fact that the frame has the shape of a honeycomb with an outer diameter of the honeycomb of 250 microns, an inner diameter of the honeycomb of 150 microns, a height of the honeycomb of 250 microns, as a hydrogel isp high molecular weight hyaluronic acid is used, while the starting materials used to create 3-dimensional structures are a composition consisting of high molecular weight chitosan, a molecular weight of 80 kDa, a degree of acetylation of 0.15, and high molecular weight hyaluronic acid, registration number 9067-32-7, with a ratio of weight of 3 parts of high molecular weight chitosan and 1 part of high molecular weight hyaluronic acid.
RU2016151349A 2016-12-27 2016-12-27 Carrier for transplantable cells for replacement of a defect obtained with a head injury RU2659842C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151349A RU2659842C2 (en) 2016-12-27 2016-12-27 Carrier for transplantable cells for replacement of a defect obtained with a head injury

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151349A RU2659842C2 (en) 2016-12-27 2016-12-27 Carrier for transplantable cells for replacement of a defect obtained with a head injury

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016151349A RU2016151349A (en) 2018-06-27
RU2016151349A3 RU2016151349A3 (en) 2018-06-27
RU2659842C2 true RU2659842C2 (en) 2018-07-04

Family

ID=62713265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151349A RU2659842C2 (en) 2016-12-27 2016-12-27 Carrier for transplantable cells for replacement of a defect obtained with a head injury

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2659842C2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2301677C1 (en) * 2005-12-09 2007-06-27 ЗАО "РеМеТэкс" Biotransplant for treatment of degenerative and traumatic disease of cartilage tissue and method for its preparing
US9265795B2 (en) * 2008-12-05 2016-02-23 Reneuron Limited Cellular compositions for use in therapy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2301677C1 (en) * 2005-12-09 2007-06-27 ЗАО "РеМеТэкс" Biotransplant for treatment of degenerative and traumatic disease of cartilage tissue and method for its preparing
US9265795B2 (en) * 2008-12-05 2016-02-23 Reneuron Limited Cellular compositions for use in therapy

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YI X. et al. Porous chitosan scaffold and ngf promote neuronal differentiation of neural stem cells in vitro. Neuro Endocrinol Lett. 2011;32(5):705-10 (Abstract) PMID:22167147 [Indexed for MEDLINE]. *
БАЛЯБИН А.В. и др. Трансплантация аутологичных нейральных стволовых клеток обонятельного эпителия в терапии последствий тяжёлой черепно-мозговой травмы (обзор). Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2015, 12, с.1606-1612. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016151349A (en) 2018-06-27
RU2016151349A3 (en) 2018-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jahangirian et al. A review of using green chemistry methods for biomaterials in tissue engineering
Wen et al. Biodegradable water-based polyurethane scaffolds with a sequential release function for cell-free cartilage tissue engineering
Pettikiriarachchi et al. Biomaterials for brain tissue engineering
Biazar et al. Types of neural guides and using nanotechnology for peripheral nerve reconstruction
JP2018512959A (en) Bilayer device for improved healing
Mohamadi et al. Use new poly (ε-caprolactone/collagen/NBG) nerve conduits along with NGF for promoting peripheral (sciatic) nerve regeneration in a rat
RU2496525C2 (en) Biocompatible products for magnetic particle visualisation
Zhang et al. Collagen/heparin scaffold combined with vascular endothelial growth factor promotes the repair of neurological function in rats with traumatic brain injury
Niemczyk-Soczynska et al. Hydrogel, electrospun and composite materials for bone/cartilage and neural tissue engineering
JP6926025B2 (en) Nerve regeneration inducer
Sefat et al. Nanoengineered biomaterials for cartilage repair
Zharikov et al. Early morphological changes in tissues when replacing abdominal wall defects by bacterial nanocellulose in experimental trials
US11109955B2 (en) Dermal layer for grafting having improved graft survival rate and method for producing same
Alam et al. Sources, extractions and applications of bio-maker collagen–A review
Szarek et al. Lizard tail spinal cord: a new experimental model of spinal cord injury without limb paralysis
Abbaszadeh-Goudarzi et al. Evaluating effect of alginate/chitosan hydrogel containing 4-Methylcatechol on peripheral nerve regeneration in rat model
Van Belleghem et al. Dual Extrusion Patterning Drives Tissue Development Aesthetics and Shape Retention in 3D Printed Nipple‐Areola Constructs
Ehterami et al. Peripheral nerve regeneration by thiolated chitosan hydrogel containing taurine: in vitro and in vivo study
Zhao et al. Fabrication of neuroprotective silk-sericin hydrogel: potential neuronal carrier for the treatment and care of ischemic stroke
Ai et al. Repair of injured spinal cord using platelet-rich plasma-and endometrial stem cells-loaded chitosan scaffolds
RU2659842C2 (en) Carrier for transplantable cells for replacement of a defect obtained with a head injury
Balyabin et al. Long-term neurological and behavioral results of biodegradable scaffold implantation in mice brain
Agapova Silk fibroin and spidroin bioengineering constructions for regenerative medicine and tissue engineering
Vedakumari et al. A review on background, process and application of electrospun nanofibers for tissue regeneration
Guo et al. A stable large animal model for dural defect repair with biomaterials and regenerative medicine

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181228