RU2716577C1 - Method of producing tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage - Google Patents

Method of producing tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage Download PDF

Info

Publication number
RU2716577C1
RU2716577C1 RU2019115236A RU2019115236A RU2716577C1 RU 2716577 C1 RU2716577 C1 RU 2716577C1 RU 2019115236 A RU2019115236 A RU 2019115236A RU 2019115236 A RU2019115236 A RU 2019115236A RU 2716577 C1 RU2716577 C1 RU 2716577C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cartilage
matrix
tissue
particles
hour
Prior art date
Application number
RU2019115236A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Севастьянов
Юлия Борисовна Басок
Евгений Абрамович Немец
Людмила Анфилофьевна Кирсанова
Александра Дмитриевна Кириллова
Сергей Владимирович Готье
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России)
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 учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России)
Priority to RU2019115236A priority Critical patent/RU2716577C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2716577C1 publication Critical patent/RU2716577C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • A61L27/34Macromolecular materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/0062General methods for three-dimensional culture

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely biotechnology. Method involves chopping articular porcine cartilage with fragments of size of not more than 0.5 cm, milling and separating particles with size from 100 mcm to 250 mcm. Then decellularisation is performed: at least 3 cycles of cooling at temperature of -196 °C for one hour with subsequent thawing at 35–40 °C for one hour, incubation in three shifts of phosphate buffer (138 mM NaCl, 2.67 mM KCl, 1.47 mM KH2PO4, 8.1 mM Na2HPO4, pH 7.4 (FBS), pH = 7.4), volume 20–500 ml, containing 0.1 % sodium dodecyl sulphate and increasing concentration of Triton X100 (1, 2 and 3 %, respectively), incubation for 12–48 hours at temperature of 37 °C in 1–10 ml of solution containing 30–50 U/ml of DNase Type I in a buffer solution prepared from 10 mM Tris-HCl, 2.5 mM MgCl2, 0.5 mM CaCl2 , distilled water up to 1 l with pH 7.6. Further, cartilage particles are washed by rinsing with 100–500 ml bidistilled water, exposure for 20–500 ml of bidistilled water during 24 hours at room temperature and periodical stirring at rate of 10–500 rpm for one hour three times throughout the day, exposure for at least 48 hours at room temperature in bidistilled water containing ampicillin in amount of 10–20 mcg/ml and amphotericin at rate of 1.5–2.0 mcg/ml, rinsing in 20–500 ml bidistilled water. Thereafter, the cartilage particles are dried and sterilized by γ irradiation in dose of 1.5 Mrad to obtain samples of the desired matrix.
EFFECT: invention improves completeness of cell removal due to micronisation and proposed original physical effect (freezing/thawing), chemical (mixture of ionic and non-ionic surfactants) and biological (DNase) factors used in optimal combination, easier cellcellularisation of the matrix by cells by increasing the area for settling while maintaining volume and simplifying observation thereof by increasing the area of the matrix adhered surfaces by preliminary micronisation thereof.
3 cl, 7 dwg, 1 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к области биотехнологии и регенеративной медицины, и может быть использовано для восстановления дефектов хряща человека как отдельно, так и в составе длительно функционирующих специализированных биомедицинских продуктов в комбинации с гелеобразными матриксами, как без клеток, так и в виде клеточно- и тканеинженерных эквивалентов.The invention relates to medicine, namely to the field of biotechnology and regenerative medicine, and can be used to repair defects in human cartilage both separately and as part of long-functioning specialized biomedical products in combination with gel-like matrices, both without cells and in the form of cells - and tissue engineering equivalents.

Предлагаемый способ может быть использован в специализированных отделениях, занимающихся реконструктивной хирургией поврежденной хрящевой ткани и/или стимулированием in situ процессов регенерации хрящевой ткани, а также в специализированных лабораториях при исследованиях клеточно- и тканеинженерных конструкций (КИК и ТИК) хряща.The proposed method can be used in specialized departments involved in reconstructive surgery of damaged cartilage tissue and / or stimulation of in-situ processes of cartilage tissue regeneration, as well as in specialized laboratories in the study of cell and tissue-engineering structures (KIK and TIK) of cartilage.

В настоящее время для восстановления структуры и функций необратимо поврежденных хрящевых тканей технологии регенеративной медицины и тканевой инженерии предлагают имплантацию аутологичных хондроцитов или мезенхимальных стромальных клеток (МСК), культивированных на трехмерных биосовместимых матриксах. Особое внимание уделяется структуре и составу матриксов, так как, кроме соответствующих механических свойств, дающих возможность хирургического применения, они должны обеспечивать адгезию и пролиферацию клеток, быть биосовместимыми, биорезорбируемыми, заменяясь, в конечном итоге, собственной функциональной тканью.Currently, regenerative medicine and tissue engineering technologies offer implantation of autologous chondrocytes or mesenchymal stromal cells (MSCs) cultured on three-dimensional biocompatible matrices to restore the structure and functions of irreversibly damaged cartilage tissues. Particular attention is paid to the structure and composition of the matrices, since, in addition to the corresponding mechanical properties that enable surgical use, they must ensure cell adhesion and proliferation, be biocompatible, bioresorbable, eventually being replaced by their own functional tissue.

Матриксы для КИК и ТИК хряща производят из неспецифических полимерных материалов синтетического или природного происхождения в виде гидрогелей, губок или волокнистых сеток. Благодаря значительному соответствию представленным выше требованиям, среди матриксов предпочтение отдается полимерам природного происхождения (биополимерам) и их производным: альгинаты, коллаген, желатин, хитозан, гиалуроновая кислота, полиэфиры бактериального происхождения [Rai V, Dilisio MF, Dietz NE, Agrawal DK. Recent strategies in cartilage repair: A systemic review of the scaffold development and tissue engineering. J Biomed Mater Res A. 2017; 105(8): 2343-2354.]. Однако эти матриксы не обладают тканеспецифической каркасностью и потому нуждаются в декорировании (дополнительном покрытии) или модифицировании их поверхности путем введения структур-сайтов для адгезии клеток.Matrices for KIK and TIK cartilage are produced from non-specific polymeric materials of synthetic or natural origin in the form of hydrogels, sponges or fibrous nets. Due to the significant compliance with the above requirements, among the matrices, preference is given to polymers of natural origin (biopolymers) and their derivatives: alginates, collagen, gelatin, chitosan, hyaluronic acid, polyesters of bacterial origin [Rai V, Dilisio MF, Dietz NE, Agrawal DK. Recent strategies in cartilage repair: A systemic review of the scaffold development and tissue engineering. J Biomed Mater Res A. 2017; 105 (8): 2343-2354.]. However, these matrices do not have a tissue-specific framework and therefore need decoration (additional coating) or surface modification by introducing site structures for cell adhesion.

Известны способы изготовления нативного матрикса различных органов путем децеллюляризации: печень, почки, сосуды, поджелудочная железа. Децеллюляризация представляет собой процедуру обработки тканей, обеспечивающую разрушение клеток при максимальном сохранении внеклеточного матрикса (ВКМ), чьи белки, в отличие от клеток, несут незначительное количество антигенов, вызывающих реакцию отторжения трансплантата в силу молекулярного эволюционного консерватизма [Bernard MP, Chu ML, Myers JC, Ramirez F, Eikenberry EF, Prockop DJ. Nucleotide sequences of complementary deoxyribonucleic acids for the pro. alpha. 1 chain of human type I procollagen. Statistical evaluation of structures that are conserved during evolution. Biochemistry. 1983; 22(22):5213-5223.], обеспечивая при этом для культивируемых клеток наиболее биохимически и функционально адекватное микроокружение. Каркасные белки нативных матриксов интегративно содержат в своем составе остатки тканевых структур (гликопротеиды внеклеточного вещества, структурные белки межклеточных контактов и факторы прикрепления клеток), которые позволяют оптимизировать условия для пролонгированной жизнедеятельности прикрепившихся клеток.Known methods for the manufacture of the native matrix of various organs by decellularization: liver, kidneys, blood vessels, pancreas. Decellularization is a tissue treatment procedure that ensures cell destruction while preserving the extracellular matrix (VKM), whose proteins, unlike cells, carry a small amount of antigens that cause the transplant rejection reaction due to molecular evolutionary conservatism [Bernard MP, Chu ML, Myers JC , Ramirez F, Eikenberry EF, Prockop DJ. Nucleotide sequences of complementary deoxyribonucleic acids for the pro. alpha. 1 chain of human type I procollagen. Statistical evaluation of structures that are conserved during evolution. Biochemistry. 1983; 22 (22): 5213-5223.], While providing the most biochemically and functionally adequate microenvironment for cultured cells. The framework proteins of native matrices integratively contain the remnants of tissue structures (extracellular glycoproteins, structural proteins of intercellular contacts and cell attachment factors), which allow optimizing the conditions for prolonged vital activity of attached cells.

Для осуществления децеллюляризации тканей, целых органов или их фрагментов применяют разнообразные методы обработки. Наибольшее распространение получило использование для этой цели поверхностно-активных веществ (ПАВ), в частности ионного додецилсульфата натрия и не ионного - Тритона Х-100 [Porzionato A, Stocco Е, Barbon S, Grandi F, Macchi V, De Caro R. Tissue-Engineered Grafts from Human Decellularized Extracellular Matrices: A Systematic Review and Future Perspectives. Int J Mol Sci. 2018 Dec 18; 19(12). pii: Е4117]. Отметим, что важной проблемой при использовании ПАВ является сложность их удаления.To implement the decellularization of tissues, whole organs or their fragments, various processing methods are used. The most widespread use for this purpose is surface-active substances (surfactants), in particular ionic sodium dodecyl sulfate and non-ionic - Triton X-100 [Porzionato A, Stocco E, Barbon S, Grandi F, Macchi V, De Caro R. Tissue- Engineered Grafts from Human Decellularized Extracellular Matrices: A Systematic Review and Future Perspectives. Int J Mol Sci. 2018 Dec 18; 19 (12). pii: E4117]. Note that an important problem when using surfactants is the difficulty of their removal.

Следует отметить, что некоторые виды тканей в силу специфических особенностей строения, например, повышенная плотность в случае хрящевой ткани, не удается эффективно децеллюляризировать обработкой ПАВ или их смесями. Для удаления клеток из такого рода тканей необходим комплексный подход, заключающийся в комбинации обработки ПАВ с другими физическими (ультразвук, температура, ионная сила), химическими (альтернативные децеллюляризирующие агенты) или биологическими (ферменты) воздействиями [Huang Z, Godkin О, Schulze-Tanzil G. The Challenge in Using Mesenchymal Stromal Cells for Recellularization of Decellularized Cartilage. Stem Cell Rev. 2017 Feb; 13(1):50-67].It should be noted that some types of tissues, due to specific structural features, for example, increased density in the case of cartilage, cannot be effectively decellularized by treatment with surfactants or their mixtures. To remove cells from this kind of tissue, a comprehensive approach is required, consisting in combining surfactant treatment with other physical (ultrasound, temperature, ionic strength), chemical (alternative decellularizing agents) or biological (enzymes) effects [Huang Z, Godkin O, Schulze-Tanzil G. The Challenge in Using Mesenchymal Stromal Cells for Recellularization of Decellularized Cartilage. Stem Cell Rev. 2017 Feb; 13 (1): 50-67].

В качестве аналога предлагаемого способа нами выбран известный способ изготовления децеллюляризированного матрикса [Utomo L., Pleumeekers М.М., Nimeskern L.,

Figure 00000001
Stok K.S., Hildner F., van Osch G.J. Preparation and characterization of a decellularized cartilage scaffold for ear cartilage reconstruction. Biomed. Mater. 2015; 10: 015010.]As an analogue of the proposed method, we have chosen a known method for the manufacture of a decellularized matrix [Utomo L., Pleumeekers M.M., Nimeskern L.,
Figure 00000001
Stok KS, Hildner F., van Osch GJ Preparation and characterization of a decellularized cartilage scaffold for ear cartilage reconstruction. Biomed. Mater. 2015; 10: 015010.]

Сущность способа-аналога заключается в следующем.The essence of the analogue method is as follows.

Для получения тканеспецифического децеллюляризованного матрикса хряща использовали ухо теленка или человека. Ушной хрящ человека испоьзовали целиком, а из уха теленка высекали фрагменты, представляющие собой диски диаметром 8 мм.To obtain tissue-specific decellularized cartilage matrix, a calf or human ear was used. The human ear cartilage was used in its entirety, and fragments representing discs with a diameter of 8 mm were carved from the calf's ear.

Децеллюляризацию проводили в четыре стадии:Decellularization was carried out in four stages:

1. Два цикла «замораживания-оттаивания» (1 цикл включает 24 часа инкубации при -20°С и 24 часа при 45°С) в гипотоническом TRIS буфере, рН=8.0.1. Two cycles of “freeze-thaw” (1 cycle includes 24 hours of incubation at -20 ° C and 24 hours at 45 ° C) in a hypotonic TRIS buffer, pH = 8.0.

2. Экспозиция в течение 24 часов в децеллюляризующем составе, включающем додецилсульфат натрия, этилендиаминтетрауксусную кислоту и апротинин.2. Exposure for 24 hours in a decellularizing composition, including sodium dodecyl sulfate, ethylenediaminetetraacetic acid and aprotinin.

3. Дополнительная обработка в течение 24 часа при 37°С раствором эластазы в TRIS буфере (рН=8,6) с добавлением апротинина.3. Additional treatment for 24 hours at 37 ° C with a solution of elastase in TRIS buffer (pH = 8.6) with the addition of aprotinin.

4. Обработка в течение 3 часов при 37°С раствором нуклеаз (50 ед/мл ДНКазы и 2,5 ед/мл РНКазы) в TRIS буфере рН 7.5.4. Treatment for 3 hours at 37 ° C with a solution of nucleases (50 u / ml DNase and 2.5 u / ml RNase) in TRIS buffer pH 7.5.

5. Деконтаминация в 0,1% растворе надуксусной килоты в фосфатном буфере.5. Decontamination in a 0.1% solution of peracetic acid in phosphate buffer.

6. Окончательная трехкратная отмывка в фосфатном буфере: 2 раза по 30 минут, а затем 24 часа при температуре 45°С.6. The final three-time washing in phosphate buffer: 2 times for 30 minutes, and then 24 hours at a temperature of 45 ° C.

Особенностью известного метода является дополнительная обработка раствором эластазы, примененном в низких концентрациях (0,03 ед/мл), в результате чего удается добиться достаточно полной децеллюляризации хрящевой ткани. В результате получают децеллюляризованный матрикс, состоящий из белков ВКМ, который при рецеллюляризации позволяет прикрепиться тканеспецифическим клеткам.A feature of the known method is the additional treatment with an elastase solution used in low concentrations (0.03 units / ml), as a result of which it is possible to achieve a sufficiently complete decellularization of the cartilage tissue. The result is a decellularized matrix consisting of VKM proteins, which, when recellularized, allows tissue-specific cells to attach.

К недостаткам известного способа относятся:The disadvantages of this method include:

Figure 00000002
риск нарушения структуры матрикса за счет снижения количества эластина в ВКМ, связанного с обработкой эластазой;
Figure 00000002
the risk of disruption of the matrix structure due to a decrease in the amount of elastin in the ECM associated with elastase treatment

Figure 00000003
длительная отмывка от детергентов при повышенной температуре (45°С, 24 часа) может привести к денатурации белков ВКМ;
Figure 00000003
prolonged washing of detergents at elevated temperatures (45 ° C, 24 hours) can lead to denaturation of VKM proteins;

Figure 00000004
невозможность инъекционного введения, в связи с размерами фрагментов, превышающими диаметр игл, рекомендуемых при лечении поражений суставного хряща (510 мкм);
Figure 00000004
the impossibility of injecting, due to fragment sizes exceeding the diameter of the needles recommended in the treatment of articular cartilage lesions (510 microns);

Figure 00000005
стерилизация и хранение децеллюляризованного матрикса хряща в растворе надуксусной кислоты, что не является стандартизированным способом стерилизации и способно приводить к его деструкции и снижению биосовместимых свойств.
Figure 00000005
sterilization and storage of the decellularized cartilage matrix in a solution of peracetic acid, which is not a standardized method of sterilization and can lead to its destruction and reduction of biocompatible properties.

В качестве прототипа нами выбран способ получения тканеспецифического децеллюляризованного матрикса хрящевой ткани [Chan LK, Leung VY, Tarn V, Lu WW, Sze KY, Cheung KM. Decellularized bovine intervertebral disc as a natural scaffold for xenogenic cell studies. Acta Biomater. 2013; 9(2): 5262-5272], сущность которого заключается в следующем.As a prototype, we have chosen a method for producing tissue-specific decellularized cartilage matrix [Chan LK, Leung VY, Tarn V, Lu WW, Sze KY, Cheung KM. Decellularized bovine intervertebral disc as a natural scaffold for xenogenic cell studies. Acta Biomater. 2013; 9 (2): 5262-5272], the essence of which is as follows.

Для получения тканеспецифического децеллюляризованного матрикса хряща использовали бычьи межпозвоночные диски. С помощью хирургического бура получают фрагменты, представляющие собой диски толщиной 2 мм. Далее фрагменты подвергают 6 циклам «замораживания-оттаивания» (1 цикл включает 1 час инкубации при 37°С и 1 час инкубации в жидком азоте при температуре -196°С). Путем экспозиции в специальном децеллюляризующем составе, включающем 0,1% додецилсульфат натрия и этилендиаминтетрауксусную кислоту, с последующей отмывкой от детергента в фосфатном буфере в течение суток, получают децеллюляризованный матрикс, состоящий из белков ВКМ, который при рецеллюляризации позволяет прикрепиться тканеспецифическим клеткам.To obtain tissue-specific decellularized cartilage matrix, bovine intervertebral discs were used. Using a surgical drill, fragments of 2 mm thick discs are obtained. Next, the fragments are subjected to 6 cycles of “freezing-thawing” (1 cycle includes 1 hour of incubation at 37 ° C and 1 hour of incubation in liquid nitrogen at a temperature of -196 ° C). By exposure in a special decellularizing composition, including 0.1% sodium dodecyl sulfate and ethylenediaminetetraacetic acid, followed by washing from the detergent in phosphate buffer during the day, a decellularized matrix consisting of VKM proteins is obtained, which allows tissue cells to attach to the cellulose during recellularization.

К недостаткам прототипа относятся:The disadvantages of the prototype include:

Figure 00000006
сохранение большого остаточного количества ядерного материала (21-24% от исходного);
Figure 00000006
preservation of a large residual amount of nuclear material (21-24% of the original);

Figure 00000007
низкая эффективность децеллюляризующих растворов и отмывки от детергентов вследствие большого диффузионного расстояния и короткого периода инкубации;
Figure 00000007
low efficiency of decellularizing solutions and washing from detergents due to the large diffusion distance and short incubation period;

Figure 00000008
невозможность инъекционного введения, в связи с размерами фрагментов, превышающими диаметр игл, рекомендуемых при лечении поражений суставного хряща (510 мкм);
Figure 00000008
the impossibility of injecting, due to fragment sizes exceeding the diameter of the needles recommended in the treatment of articular cartilage lesions (510 microns);

Figure 00000009
отсутствие стандартизованного стерилизации децеллюляризованного матрикса хряща;
Figure 00000009
lack of standardized sterilization of the decellularized cartilage matrix;

Figure 00000010
низкая площадь эффективной поверхности для адгезии и пролиферации клеток относительно объема вследствие крупного размера частиц и отсутствия пористости.
Figure 00000010
low effective surface area for cell adhesion and proliferation relative to volume due to large particle size and lack of porosity.

Техническая проблема заключается в разработке доступного и дешевого способа получения матрикса хряща, сохраняющего нативный состав и тканеспецифичность, который может быть использован для имплантации путем инъекционного введения, как отдельно, так и в составе КИК и ТИК.The technical problem lies in the development of an affordable and cheap way to obtain a cartilage matrix, preserving the native composition and tissue specificity, which can be used for implantation by injection, either separately or as part of KIK and TIK.

Технический результат заключается в:The technical result consists in:

- повышении полноты удаления клеток за счет микронизации и предлагаемого оригинального комплексного воздействия физических (замораживание/оттаивание), химических (смесь ионных и не ионных ПАВ) и биологических (ДНКаза) факторов, примененных в оптимальной комбинации;- increasing the completeness of cell removal due to micronization and the proposed original complex effect of physical (freezing / thawing), chemical (a mixture of ionic and nonionic surfactants) and biological (DNase) factors applied in the optimal combination;

- облегчении рецеллюляризации матрикса клетками за счет увеличения площади для заселения при сохранении объема и упрощении наблюдения за ней за счет увеличения площади адгезированных поверхностей матрикса путем его предварительной микронизации;- facilitating the cellar matrix recellularization by increasing the area for occupation while maintaining the volume and simplifying the observation of it by increasing the area of the adhesive surfaces of the matrix by preliminary micronization;

- обеспечении сохранения тканеспецифичности за счет подбора эффективной комбинации воздействий и их режимов, обеспечивающих эффективную децеллюляризацию при сохранении архетектоники и состава матрикса близкими к естественным;- ensuring the preservation of tissue specificity due to the selection of an effective combination of influences and their modes that ensure effective decellularization while maintaining the archeectonics and composition of the matrix close to natural;

- исключении возможности токсического воздействия матрикса на организм за счет стандартизации и длительности экономичной технологии отмывки от ПАВ с использованием бидистиллированной воды;- eliminating the possibility of toxic effects of the matrix on the body due to standardization and the duration of the cost-effective technology of washing from surfactants using bidistilled water;

- обеспечении тканеспецифическим матриксом отдельно и в сочетании с гелеобразным матриксом формирования ТИК хряща при культивировании в дифференцировочной культуральной среде как с тканеспецифическими клетками (хондроцитами), так и с МСК;- providing a tissue-specific matrix separately and in combination with a gel-like matrix for the formation of TIK cartilage when cultured in a differentiating culture medium with both tissue-specific cells (chondrocytes) and MSCs;

- применении стандартизованного режима стерилизации тканеспецифического матрикса хряща за счет использования радиации в дозе 1,5 Мрад, не влияющей на цитотоксичность и уничтожающей все виды микроорганизмов как в вегетативной, так и в споровой форме;- the use of a standardized sterilization regimen for tissue-specific cartilage matrix through the use of radiation at a dose of 1.5 Mrad, which does not affect cytotoxicity and destroys all types of microorganisms in both vegetative and spore forms;

- обеспечении возможности инъекционного введения, в том числе в полость сустава;- providing the possibility of injection, including in the joint cavity;

- исключении недостатков прототипа, касающихся сохранения большого остаточного количества ядерного материала, низкой эффективности децеллюляризующих растворов и отмывки от детергентов вследствие большого диффузионного расстояния и короткого периода инкубации.- elimination of the disadvantages of the prototype regarding the preservation of a large residual amount of nuclear material, low efficiency of decellularizing solutions and washing from detergents due to the large diffusion distance and short incubation period.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Для получения тканеспецифического матрикса для тканевой инженерии хряща проводят измельчение хряща свиньи, его децеллюляризацию. При этом сначала суставной хрящ свиньи нарезают фрагментами размером не более 0,5 см, а затем измельчают полученные фрагменты и выделяют частицы размером от 100 мкм до 250 мкм. После чего выполняют децеллюляризацию полученных частиц, для этого проводятTo obtain a tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage, pig pig cartilage is ground and its decellularization is carried out. In this case, first, pig articular cartilage is cut into fragments no larger than 0.5 cm in size, and then the resulting fragments are crushed and particles from 100 μm to 250 μm in size are isolated. Then perform the decellularization of the obtained particles, for this purpose

сначала не менее 3 циклов, каждый из которых включает охлаждение при температуре -196°С в течение одного часа с последующим оттаиванием при 35°-40°С в течение одного часа;first at least 3 cycles, each of which includes cooling at a temperature of -196 ° C for one hour, followed by thawing at 35 ° -40 ° C for one hour;

затем последовательную инкубацию в растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ) с повышающейся концентрацией при перемешивании со скоростью 10-500 оборотов в минуту, используя в качестве растворов ПАВ:then sequential incubation in solutions of surface-active substances (surfactants) with increasing concentration with stirring at a speed of 10-500 rpm, using as surfactant solutions:

а) 20-500 мл раствора фосфатного буфера, полученного из состава 138 мМ NaCl, 2.67 мМ KCl, 1.47 мМ KH2 PO4, 8.1 мМ Na2 HPO4, дистиллированная вода до 1 л с рН 7,4 (ФБС), содержащего 1% Тритон X 100 и 0,1% натриевой соли додецилсульфата натрия (ДДС);a) 20-500 ml of a solution of phosphate buffer obtained from the composition of 138 mm NaCl, 2.67 mm KCl, 1.47 mm KH 2 PO 4 , 8.1 mm Na 2 HPO 4 , distilled water up to 1 l with a pH of 7.4 (PBS) containing 1% Triton X 100 and 0.1% sodium dodecyl sulfate sodium (DDS);

б) 20-500 мл раствора ФБС, содержащего 2% Тритон X 100 и 0,1% ДДС;b) 20-500 ml of PBS solution containing 2% Triton X 100 and 0.1% DDS;

в) 20-500 мл раствора ФБС, содержащего 3% Тритон X 100 и 0,1% ДДС;c) 20-500 ml of PBS solution containing 3% Triton X 100 and 0.1% DDS;

после чего инкубацию в течение 12-48 часов при температуре 37°С в 1-10 мл раствора, содержащего 30-50 Е/мл ДНКазы I типа в буферном растворе, полученном из состава 10 мМ Трис-HCl, 2,5 мМ MgCl2, 0.5 мМоль CaCl2, дистиллированная вода до 1 л с рН 7.6.then incubation for 12-48 hours at 37 ° C in 1-10 ml of a solution containing 30-50 U / ml of type I DNase in a buffer solution obtained from 10 mM Tris-HCl, 2.5 mM MgCl 2 , 0.5 mmol CaCl 2 , distilled water up to 1 l with a pH of 7.6.

Далее производят отмывку частиц хряща путем последовательного выполнения следующих этапов:Next, the cartilage particles are washed by sequentially performing the following steps:

ополаскивание 100-500 мл бидистиллированной воды,rinsing with 100-500 ml bidistilled water,

экспозиция в течение суток в 20-500 мл бидистиллированной воды при комнатной температуре и периодическом перемешивании со скоростью 10-500 об/мин в течение одного часа трижды на протяжении суток,exposure during the day in 20-500 ml of double-distilled water at room temperature and periodic stirring at a speed of 10-500 rpm for one hour three times during the day,

экспозиция, по меньшей мере, 48 часов при комнатной температуре в бидистиллированной воде, содержащей ампицилин из расчета 10-20 мкг/мл и амфотерицин из расчета 1,5-2,0 мкг/мл,exposure for at least 48 hours at room temperature in bidistilled water containing ampicillin at a rate of 10-20 μg / ml and amphotericin at a rate of 1.5-2.0 μg / ml,

ополаскивание в 20-500 мл бидистиллированной воды.rinsing in 20-500 ml of double-distilled water.

После чего отмытые частицы децеллюляризированного хряща высушивают и стерилизуют γ-облучением в дозе 1,5 Мрад с получением образцов искомого матрикса.After that, the washed particles of decellularized cartilage are dried and sterilized with γ-radiation at a dose of 1.5 Mrad to obtain samples of the desired matrix.

До стерилизации частицы хряща могут быть сохранены при температуре -30°С до - 80°С.Before sterilization, cartilage particles can be stored at a temperature of -30 ° C to -80 ° C.

Стерильные образцы матрикса хряща хранят при температуре 4-8°С.Sterile cartilage matrix samples are stored at 4-8 ° C.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

1. Суставной хрящ свиньи выделяют механически, нарезают фрагментами размером не крупнее 0,5 см, замораживают при - 80°С и хранят при этой температуре до момента начала помола.1. Joint pig cartilage is isolated mechanically, cut into fragments no larger than 0.5 cm in size, frozen at -80 ° C and stored at this temperature until grinding begins.

2. Получают мелкодисперсные частицы хряща свиньи (МДЧХс) измельчением фрагментов хряща с применением криомельницы (25 Гц в течение 2 минут при температуре -196°С), позволяющей производить помол в условиях непрерывного охлаждения жидким азотом.2. Get finely dispersed particles of pig cartilage (MDCHC) by grinding cartilage fragments using a cryomill (25 Hz for 2 minutes at a temperature of -196 ° C), which allows grinding under continuous cooling with liquid nitrogen.

3. Фракции частиц требуемого размера в диапазоне 100-250 мкм выделяют просеиванием помола через набор сит с соответствующим размером пор.3. Fractions of particles of the required size in the range of 100-250 μm are distinguished by sieving grinding through a set of sieves with the appropriate pore size.

4. Децеллюляризацию навески (1-1,5 г) МДЧХс осуществляют в три стадии:4. The decellularization of the sample (1-1.5 g) MDCHC carried out in three stages:

а. охлаждением МДЧХс в сосуде Дьюара при -196°С в течение одного часа с последующим оттаиванием при 35°С-40°С в течение одного часа (цикл замораживание/оттаивание должен быть повторен не менее трех раз).a. by cooling the MFCC in a Dewar vessel at -196 ° C for one hour, followed by thawing at 35 ° C-40 ° C for one hour (the freeze / thaw cycle should be repeated at least three times).

б. обработкой МДЧХ в трех сменах фосфатного буфера (138 мМ NaCl, 2.67 мМ KCl, 1.47 мМ KH2 PO4, 8.1 мМ Na2 HPO4, рН 7,4 (ФБС), рН=7.4), объемом 20-500 мл, содержащего 0,1% додецилсульфат натрия и повышающуюся концентрацию Тритона X100 (1, 2 и 3%, соответственно) при комнатной температуре и периодическом перемешивании на магнитной мешалке (3 раза в сутки, 1 час, 10-500 об/мин);b. treatment of MDC in three shifts of phosphate buffer (138 mM NaCl, 2.67 mM KCl, 1.47 mM KH 2 PO 4 , 8.1 mM Na 2 HPO 4 , pH 7.4 (PBS), pH = 7.4), containing 20-500 ml 0.1% sodium dodecyl sulfate and an increasing concentration of Triton X100 (1, 2 and 3%, respectively) at room temperature and periodic stirring on a magnetic stirrer (3 times a day, 1 hour, 10-500 rpm);

в. после ополаскивания 400 мл бидистиллированной воды МДЧХс инкубировали в течение 12-48 часов при температуре 37°С в 1-10 мл буферного раствора (10 мМ Трис-HCl, 2,5 мМ MgCl2, 0.5 мМоль CaCl2; рН=7.6), содержащего 30-50 Е/мл ДНКазы I типа (Qiagen, Германия).in. after rinsing with 400 ml of double-distilled water, MFCS were incubated for 12-48 hours at 37 ° C in 1-10 ml of buffer solution (10 mM Tris-HCl, 2.5 mM MgCl 2 , 0.5 mM CaCl 2 ; pH = 7.6), containing 30-50 U / ml of type I DNase (Qiagen, Germany).

5. Отмывку навески (1-1,5 г) МДЧХс от детергентов производят в четыре этапа:5. Washing samples (1-1.5 g) MDCHC from detergents is carried out in four stages:

а. ополаскиванием 100-500 мл бидистиллированной воды;a. rinsing with 100-500 ml bidistilled water;

б. отмывкой в 20-500 мл бидистиллированной воды при комнатной температуре и периодическом перемешивании на магнитной мешалке в течение суток (3 раза, 1 час, 10-500 об/мин) в течение 24 часов.b. washing in 20-500 ml of double-distilled water at room temperature and periodically stirring on a magnetic stirrer for a day (3 times, 1 hour, 10-500 rpm) for 24 hours.

в. окончательной отмывкой при комнатной температуре в бидистиллированной воде (не менее 48 часов), содержащей антибиотик (ампицилин, 10-20 мкг/мл) и антимикотик (амфотерицин, 1,5-2,0 мкг/мл).in. final washing at room temperature in bidistilled water (at least 48 hours) containing an antibiotic (ampicillin, 10-20 μg / ml) and antimycotic (amphotericin, 1.5-2.0 μg / ml).

г. Децеллюляризированный МДЧХс ополаскивали в 20-500 мл бидистиллированной воды (для удаления антибиотика и антимикотика), удаляли лишнюю влагу с использованием бумажных фильтров и нейлоновых мембран с размером пор 10 мкм.d. The decellularized MFCS was rinsed in 20-500 ml bidistilled water (to remove antibiotic and antimycotics), excess moisture was removed using paper filters and nylon membranes with a pore size of 10 μm.

6. Децеллюляризированный МДЧХс переносили в криопробирки объемом 2 мл и хранили до момента стерилизации при температуре -30°С - -80°С.6. The decellularized MDCTs were transferred to 2 ml cryovials and stored until sterilization at a temperature of -30 ° C to -80 ° C.

7. Проводили стерилизацию образцов гамма-облучением в дозе 1,5 Мрад.7. The samples were sterilized by gamma radiation at a dose of 1.5 Mrad.

8. Стерильный децеллюляризованный матрикс хранили при температуре 4-8°С.8. The sterile decellularized matrix was stored at a temperature of 4-8 ° C.

Для доказательства возможности достижения заявленного назначения - пригодности децеллюляризованного тканеспецифического для посадки на него клеток и создания ТИК хряща, как при использовании как отдельно, так и в комбинации с гелеобразными матриксами, и достижения указанного технического результата приводим следующие данные.To prove the possibility of achieving the declared purpose - the suitability of a decellularized tissue-specific cell for planting on it and creating TIC cartilage, both when used separately and in combination with gel-like matrices, and to achieve the indicated technical result, we present the following data.

Пример 1.Example 1

Получение децеллюляризованного матрикса из хряща свиньи по предложенному способу:Obtaining a decellularized matrix from pig cartilage according to the proposed method:

1. Суставной хрящ свиньи выделяют механически, нарезают фрагментами размером не крупнее 0,5 см, замораживают при - 80°С и хранят при этой температуре до момента начала помола.1. Joint pig cartilage is isolated mechanically, cut into fragments no larger than 0.5 cm in size, frozen at -80 ° C and stored at this temperature until grinding begins.

2. Получают мелкодисперсные частицы хряща свиньи (МДЧХс) измельчением фрагментов хряща с применением криомельницы (25 Гц в течение 2 минут при температуре -196°С), позволяющей производить помол в условиях непрерывного охлаждения жидким азотом.2. Get finely dispersed particles of pig cartilage (MDCHC) by grinding cartilage fragments using a cryomill (25 Hz for 2 minutes at a temperature of -196 ° C), which allows grinding under continuous cooling with liquid nitrogen.

3. Фракции частиц требуемого размера в диапазоне 100-250 мкм выделяют просеиванием помола через набор сит с соответствующим размером пор.3. Fractions of particles of the required size in the range of 100-250 μm are distinguished by sieving grinding through a set of sieves with the appropriate pore size.

4. Децеллюляризацию навески (1-1,5 г) МДЧХс осуществляют в три стадии:4. The decellularization of the sample (1-1.5 g) MDCHC carried out in three stages:

а. охлаждением МДЧХс в сосуде Дьюара при -196°С в течение одного часа с последующим оттаиванием при 40°С в течение одного часа. Цикл замораживание/оттаивание должен быть повторен не менее трех раз.a. by cooling MDCT in a Dewar vessel at -196 ° C for one hour, followed by thawing at 40 ° C for one hour. The freeze / thaw cycle must be repeated at least three times.

б. обработкой МДЧХ в трех сменах ФБС, рН=7.4, объемом 500 мл, содержащего 0,1% додецилсульфат натрия и повышающуюся концентрацию Тритона X100 (1, 2 и 3%, соответственно) при комнатной температуре и периодическом перемешивании на магнитной мешалке (3 раза в сутки, 1 час, 500 об/мин);b. by treatment of MDC in three shifts of PBS, pH = 7.4, 500 ml, containing 0.1% sodium dodecyl sulfate and an increasing concentration of Triton X100 (1, 2 and 3%, respectively) at room temperature and periodically stirring on a magnetic stirrer (3 times day, 1 hour, 500 rpm);

в. после ополаскивания 400 мл бидистиллированной воды МДЧХс инкубировали в течение 48 часов при температуре 37°С в 1 мл буферного раствора (10 мМ Трис-HCl, 2,5 мМ MgCl2, 0.5 мМоль CaCl2; рН=7.6), содержащего 50 Е/мл ДНКазы I типа (Qiagen, Германия).in. after rinsing with 400 ml of double-distilled water, MFCS were incubated for 48 hours at 37 ° C in 1 ml of buffer solution (10 mM Tris-HCl, 2.5 mM MgCl 2 , 0.5 mM CaCl 2 ; pH = 7.6) containing 50 U / ml of type I DNase (Qiagen, Germany).

5. Отмывку навески (1-1,5 г) МДЧХс от детергентов производят в четыре этапа:5. Washing samples (1-1.5 g) MDCHC from detergents is carried out in four stages:

а. ополаскиванием 500 мл бидистиллированной воды;a. rinsing with 500 ml of double-distilled water;

б. отмывкой в 500 мл бидистиллированной воды при комнатной температуре и периодическом перемешивании на магнитной мешалке в течение суток (3 раза, 1 час, 500 об/мин) в течение 24 часов.b. washing in 500 ml of double-distilled water at room temperature and periodically stirring on a magnetic stirrer for a day (3 times, 1 hour, 500 rpm) for 24 hours.

в. окончательной отмывкой при комнатной температуре в бидистиллированной воде (не менее 48 часов), содержащей антибиотик (ампицилин, 10 мкг/мл) и антимикотик (амфотерицин, 1,5 мкг/мл).in. final washing at room temperature in bidistilled water (at least 48 hours) containing an antibiotic (ampicillin, 10 μg / ml) and antimycotic (amphotericin, 1.5 μg / ml).

г. Децеллюляризированный МДЧХс ополаскивали в 500 мл бидистиллированной воды (для удаления антибиотика и антимикотика), удаляли лишнюю влагу с использованием бумажных фильтров и нейлоновых мембран с размером пор 10 мкм.d. Decellularized MFCS were rinsed in 500 ml bidistilled water (to remove antibiotic and antimycotics), excess moisture was removed using paper filters and nylon membranes with a pore size of 10 μm.

б. Децеллюляризированный МДЧХс переносили в криопробирки объемом 2 мл и хранили до момента стерилизации при температуре -80°С.b. The decellularized MDCTs were transferred to 2 ml cryovials and stored until sterilization at -80 ° C.

7. Проводили стерилизацию образцов гамма-облучением в дозе 1,5 Мрад.7. The samples were sterilized by gamma radiation at a dose of 1.5 Mrad.

8. Стерильный децеллюляризованный матрикс хранили при температуре 4°С.8. The sterile decellular matrix was stored at 4 ° C.

Удаление клеток из микрочастиц хряща свиньи подтверждали с использованием гистологического окрашивания гематоксилином и эозином.Cell removal from pig cartilage microparticles was confirmed using histological staining with hematoxylin and eosin.

На фиг. 1 представлена гистологическая картина тканеспецифического децеллюляризованного матрикса хряща, полученного с помощью предлагаемого способа. Ув. X100. Окрашивание гематоксилином и эозином. 1 - сохраненный внеклеточный матрикс; 2 - пустые лакуны без клеток.In FIG. 1 presents a histological picture of tissue-specific decellularized cartilage matrix obtained using the proposed method. SW X100. Hematoxylin and eosin staining. 1 - stored extracellular matrix; 2 - empty gaps without cells.

Как видно на фиг. 1, сохранившиеся клетки в образце не обнаруживаются, визуализируются лишь пустые лакуны.As seen in FIG. 1, the preserved cells in the sample are not detected, only empty gaps are visualized.

Полученные результаты свидетельствуют об отсутствии целых клеток, неотъемлемым компонентом которых является ДНК, в децеллюляризованном матриксе.The results obtained indicate the absence of whole cells, of which DNA is an integral component, in the decellularized matrix.

Пример 2.Example 2

Получение децеллюляризованного матрикса из хряща свиньи по предложенному способу:Obtaining a decellularized matrix from pig cartilage according to the proposed method:

1. Суставной хрящ свиньи выделяют механически, нарезают фрагментами размером не крупнее 0,5 см, замораживают при - 80°С и хранят при этой температуре до момента начала помола.1. Joint pig cartilage is isolated mechanically, cut into fragments no larger than 0.5 cm in size, frozen at -80 ° C and stored at this temperature until grinding begins.

2. Получают МДЧХс измельчением фрагментов хряща с применением криомельницы (25 Гц в течение 2 минут при температуре -196°С), позволяющей производить помол в условиях непрерывного охлаждения жидким азотом.2. Receive MFCA with grinding fragments of cartilage using a cryomill (25 Hz for 2 minutes at a temperature of -196 ° C), allowing grinding under continuous cooling with liquid nitrogen.

3. Фракции частиц требуемого размера в диапазоне 100-250 мкм выделяют просеиванием помола через набор сит с соответствующим размером пор.3. Fractions of particles of the required size in the range of 100-250 μm are distinguished by sieving grinding through a set of sieves with the appropriate pore size.

4. Децеллюляризацию навески (1-1,5 г) МДЧХс осуществляют в три стадии:4. The decellularization of the sample (1-1.5 g) MDCHC carried out in three stages:

а. охлаждением МДЧХс в сосуде Дьюара при -196°С в течение одного часа с последующим оттаиванием при 35°С в течение одного часа. Цикл замораживание/оттаивание должен быть повторен не менее трех раз.a. by cooling the MDCTs in a Dewar vessel at -196 ° C for one hour, followed by thawing at 35 ° C for one hour. The freeze / thaw cycle must be repeated at least three times.

б. обработкой МДЧХ в трех сменах фосфатного буфера (138 мМ NaCl, 2.67 мМ KCl, 1.47 мМ KH2 PO4, 8.1 мМ Na2 HPO4, рН 7,4 (ФБС), рН=7.4), объемом 20 мл, содержащего 0,1% додецилсульфат натрия и повышающуюся концентрацию Тритона Х100 (1, 2 и 3%, соответственно) при комнатной температуре и периодическом перемешивании на магнитной мешалке (3 раза в сутки, 1 час, 10 об/мин);b. treatment MDC in three shifts of phosphate buffer (138 mm NaCl, 2.67 mm KCl, 1.47 mm KH 2 PO 4 , 8.1 mm Na 2 HPO 4 , pH 7.4 (PBS), pH = 7.4), a volume of 20 ml containing 0, 1% sodium dodecyl sulfate and an increasing concentration of Triton X100 (1, 2 and 3%, respectively) at room temperature and periodic stirring on a magnetic stirrer (3 times a day, 1 hour, 10 rpm);

в. после ополаскивания 400 мл бидистиллированной воды МДЧХс инкубировали в течение 12 часов при температуре 37°С в 10 мл буферного раствора (10 мМ Трис-HCl, 2,5 мМ MgCl2, 0.5 мМоль CaCl2; рН=7.6), содержащего 30 Е/мл ДНКазы I типа (Qiagen, Германия).in. after rinsing with 400 ml of double-distilled water, MFCS were incubated for 12 hours at 37 ° C in 10 ml of buffer solution (10 mm Tris-HCl, 2.5 mm MgCl 2 , 0.5 mmol CaCl 2 ; pH = 7.6) containing 30 U / ml of type I DNase (Qiagen, Germany).

5. Отмывку навески (1-1,5 г) МДЧХс от детергентов производят в четыре этапа:5. Washing samples (1-1.5 g) MDCHC from detergents is carried out in four stages:

а. ополаскиванием 100 мл бидистиллированной воды;a. rinsing with 100 ml bidistilled water;

6. отмывкой в 20 мл бидистиллированной воды при комнатной температуре и периодическом перемешивании на магнитной мешалке в течение суток (3 раза, 1 час, 10 об/мин) в течение 24 часов.6. washing in 20 ml of double-distilled water at room temperature and periodically stirring on a magnetic stirrer for a day (3 times, 1 hour, 10 rpm) for 24 hours.

в. окончательной отмывкой при комнатной температуре в бидистиллированной воде (не менее 48 часов), содержащей антибиотик (ампицилин, 20 мкг/мл) и антимикотик (амфотерицин, 2,0 мкг/мл).in. final washing at room temperature in bidistilled water (at least 48 hours) containing an antibiotic (ampicillin, 20 μg / ml) and antimycotic (amphotericin, 2.0 μg / ml).

г. Децеллюляризированный МДЧХс ополаскивали в 20 мл бидистиллированной воды (для удаления антибиотика и антимикотика), удаляли лишнюю влагу с использованием бумажных фильтров и нейлоновых мембран с размером пор 10 мкмg. Decellularized MFCS were rinsed in 20 ml bidistilled water (to remove antibiotic and antimycotics), excess moisture was removed using paper filters and nylon membranes with a pore size of 10 μm

б. Децеллюляризированный МДЧХс переносили в криопробирки объемом 2 мл и хранили до момента стерилизации при температуре -30°С.b. The decellularized MDCTs were transferred to 2 ml cryovials and stored until sterilization at -30 ° C.

7. Проводили стерилизацию образцов гамма-облучением в дозе 1,5 Мрад.7. The samples were sterilized by gamma radiation at a dose of 1.5 Mrad.

8. Стерильный децеллюляризованный матрикс хранили при температуре 8°С.8. The sterile decellularized matrix was stored at a temperature of 8 ° C.

Для доказательства возможности инъекционного введения тканеспецифического децеллюляризованного матрикса хряща полученного по предложенному способу (см. примеры 1 и 2), оценивали распределение частиц по размеру с помощью лазерного дифракционного анализатора SALD-7101 (Shimadzu, Япония). В качестве жидкой дисперсионной среды использовали глицерин.To prove the possibility of injecting tissue-specific decellularized cartilage matrix obtained by the proposed method (see examples 1 and 2), the particle size distribution was evaluated using a SALD-7101 laser diffraction analyzer (Shimadzu, Japan). Glycerin was used as a liquid dispersion medium.

Диапазон размеров частиц тканеспецифического децеллюляризованного матрикса хряща в суспензии составил 96-220 мкм, при этом преобладали частицы с размером 161±11 мкм, что указывает на возможность наименее инвазивного инъекционного введения матрикса.The particle size range of the tissue-specific decellularized cartilage matrix in suspension was 96-220 μm, while particles with a size of 161 ± 11 μm prevailed, indicating the possibility of the least invasive injection of the matrix.

Пример 3.Example 3

Для доказательства высокой степени удаления клеток из матрикса, полученного по предложенному способу (см. пример 1), степень децеллюляризации МДЧХс оценивали с использованием модифицированного метода [Larynx decellularization: combining freeze-drying and sonication as an effective method / S.H. Hung, C.H. Su, F.P. Lee, H. Tseng // J. Voice. - 2013. - V. 27. - P. 289-294]. Для количественного определения децеллюляризированных и недецеллюляризированных частиц в образцах, прошедших децеллюляризацию в разных режимах, проводили окрашивание в 24-луночном планшете раствором ДНК-связывающего флуоресцентного красителя DAPI в концентрации 1 мкг/мл (6 мг хряща на 1 лунку).To prove the high degree of cell removal from the matrix obtained by the proposed method (see Example 1), the degree of decellularization of MFCS was evaluated using a modified method [Larynx decellularization: combining freeze-drying and sonication as an effective method / S.H. Hung, C.H. Su, F.P. Lee, H. Tseng // J. Voice. - 2013. - V. 27. - P. 289-294]. For the quantitative determination of decellularized and non-decellularized particles in samples subjected to decellularization in different modes, staining was performed in a 24-well plate with a solution of DNA-binding fluorescent dye DAPI at a concentration of 1 μg / ml (6 mg of cartilage per 1 well).

В каждом образце, с использованием флуоресцентного микроскопа Nikon Ti, определяли количество частиц:In each sample, using a Nikon Ti fluorescence microscope, the number of particles was determined:

Figure 00000011
не децеллюляризированных, богатых клетками;
Figure 00000011
not decellularized, rich in cells;

Figure 00000012
не децеллюляризированных, содержащих отдельные клетки;
Figure 00000012
not decellularized, containing single cells;

Figure 00000013
децеллюляризованные.
Figure 00000013
decellularized.

На дне лунки произвольным образом выбирали 15 полей зрения при увеличении Х40. В каждом поле определяли количество частиц каждого типа. Результаты по всем полям суммировали, и количество частиц каждого типа в образце рассчитывали в процентах от общего количества частиц. В качестве положительных контролей использовали частицы нативного хряща после криопомола; частицы хряща после криопомола, прошедшие децеллюляризацию с использованием ПАВ аналогично с опытным образцом; частицы хряща после криопомола, прошедшие децеллюляризацию, включающую комбинацию 3 циклов «замораживания/оттаивания» и обработки ПАВ аналогично с опытным образцом.At the bottom of the hole, 15 fields of view were randomly selected with an increase in X40. In each field, the number of particles of each type was determined. The results for all fields were summarized, and the number of particles of each type in the sample was calculated as a percentage of the total number of particles. As a positive control, native cartilage particles were used after cryo-grinding; cartilage particles after cryoprice that underwent decellularization using a surfactant similarly to the prototype; cartilage particles after cryoprice, which have undergone decellularization, including a combination of 3 cycles of “freezing / thawing” and processing of surfactants, similarly to the prototype.

Также определяли количество ДНК в тканеспецифическом децеллюляризованном матриксе хряща с применением флуоресцентных красителя PicoGreen. Для выделения ДНК использовали набор DNeasy Blood & Tissue Kit (QIAGEN, Германия) согласно инструкции.The amount of DNA in the tissue-specific decellularized cartilage matrix was also determined using PicoGreen fluorescent dye. For DNA isolation, the DNeasy Blood & Tissue Kit (QIAGEN, Germany) was used according to the instructions.

В таблице 1 представлено влияние режима децеллюляризации на количество ДНК в частицах децеллюляризованного хряща.Table 1 shows the effect of the decellularization regime on the amount of DNA in the particles of decellularized cartilage.

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Как видно из таблицы, предложенный способ децеллюляризации суставного хряща свиньи обеспечивает полное отсутствие частиц с ДНК в образцах.As can be seen from the table, the proposed method for the decellularization of pig articular cartilage ensures the complete absence of particles with DNA in the samples.

Анализ содержания ДНК показал снижение количества ядерного материала в тканеспецифическом децеллюляризованном матриксе хряща до 9,11±1,13 нг/ мг ткани (2,5% от количества ДНК в исходной ткани). Полученные результаты свидетельствовали об эффективности проведенной децеллюляризации, после которой матрикс был в значительной очищен от ядерного материала (по принятым критериям количественное содержание ДНК должно составлять менее 50 нг/мг в сухой ткани [Crapo P.М., Gilbert Т.W., Badylak S.F. An overview of tissue and whole organ decellularization processes // Biomaterials. - 2011. - Vol. 32. - №.12. - P. 3233-3243.]).Analysis of the DNA content showed a decrease in the amount of nuclear material in the tissue-specific decellularized cartilage matrix to 9.11 ± 1.13 ng / mg tissue (2.5% of the amount of DNA in the original tissue). The obtained results testified to the effectiveness of the performed decellularization, after which the matrix was significantly cleared of nuclear material (according to the accepted criteria, the quantitative DNA content should be less than 50 ng / mg in dry tissue [Crapo P.M., Gilbert T.W., Badylak SF An overview of tissue and whole organ decellularization processes // Biomaterials. - 2011. - Vol. 32. - No. 12. - P. 3233-3243.]).

Снижение ДНК подтверждает высокую степень децеллюляризации матрикса, полученного предложенным способом, в отличие от контрольных образцов.The decrease in DNA confirms the high degree of decellularization of the matrix obtained by the proposed method, in contrast to the control samples.

Пример 4.Example 4

Для доказательства обеспечения тканеспецифическим матриксом, полученным по предложенному способу (см. пример 1), формирования ТИК хряща, приводим результаты изучения адгезии, пролиферации и дифференцировки различных типов клеток на этом матриксе.To prove the provision of tissue-specific matrix obtained by the proposed method (see example 1), the formation of TIC cartilage, we present the results of the study of adhesion, proliferation and differentiation of various types of cells on this matrix.

На матрикс осуществляли посадку тканеспецифичных клеток хряща - хондробластов человека, и мезенхимальных стромальных клеток жировой ткани человека (МСК ЖТч), способных дифференцироваться в клетки хрящевой ткани. Клеточная культура МСК ЖТч была получена из фрагмента подкожной жировой клетчатки от здорового донора по стандартной методике [Surguchenko V.A., Ponomareva A.S., Kirsanova L.A., Skaleckij N.N., Sevastianov V.I. The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells (in vitro study) // J. Biomed. Mat. Soc. Part A 2015; 103(2): 463-470]. Были использованы хондробласты из фрагментов хряща реберных дуг человека, полученные в процессе хирургических вмешательств при информационном согласии пациента. Материал отмывали в растворе Хенкса с добавлением культурального антибиотика-антимикотика. Ткань измельчали ножницами до получения однородной массы, состоящей из фрагментов объемом ~1 мм3, после чего инкубировали в 0.1% растворе коллагеназы I типа при 37°С в течение 12 ч. В эксперименте были использованы клетки 3 пассажа.Tissue-specific cartilage cells, human chondroblasts, and mesenchymal stromal cells of human adipose tissue (MSC MTC), capable of differentiating into cartilage tissue cells, were placed on the matrix. The cell culture of the MSC of the VT was obtained from a subcutaneous fatty tissue fragment from a healthy donor according to the standard method [Surguchenko VA, Ponomareva AS, Kirsanova LA, Skaleckij NN, Sevastianov VI The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue -derived mesenchymal stromal cells (in vitro study) // J. Biomed. Mat. Soc. Part A 2015; 103 (2): 463-470]. Chondroblasts from fragments of cartilage of human costal arches obtained during surgical interventions with the informational consent of the patient were used. The material was washed in a Hanks solution with the addition of a culture antibiotic-antimycotic. The tissue was ground with scissors to obtain a homogeneous mass consisting of fragments with a volume of ~ 1 mm 3 , after which they were incubated in a 0.1% type I collagenase solution at 37 ° C for 12 hours. Cells of passage 3 were used in the experiment.

В каждую лунку конической формы 96-луночного культурального планшета помещали 200 мкл суспензии с рабочей концентрацией 1×106 клеток в 1 мл хондрогенной дифференцировочной среды (культуральная среда DMEM HG с добавкой GlutaMAX™, содержащая 10% ITS+, 1% пируват натрия, 0.25% аскорбат-2-фосфата, 0.0001% дексаметазона, 0.002% TGF-β1 и 1% культурального антибиотика-антимикотика) и 20 мг децеллюляризованного матрикса хряща. После чего планшет центрифугировали при 500 g в течение 5 минут. Далее планшет помещали в СО2-инкубатор при стандартных условиях (5% CO2, 37°С). Замену культуральной среды в лунках производили ежедневно. Изучение результатов прикрепления, пролиферации и дифференцировки клеток проводили на 14 сутки культивирования. В качестве контрольного использовали биополимерный микрогетерогенный коллагенсодержащий матрикс (БМКГ) (АО «Биомир сервис», г. Краснознаменск) марки «лонг».200 μl of suspension with a working concentration of 1 × 10 6 cells in 1 ml of chondrogenic differentiating medium (DMEM HG culture medium supplemented with GlutaMAX ™ containing 10% ITS +, 1% sodium pyruvate, 0.25%) was placed in each conical well of a 96-well culture plate. ascorbate-2-phosphate, 0.0001% dexamethasone, 0.002% TGF-β1 and 1% culture antibiotic-antimycotic) and 20 mg of the decellularized cartilage matrix. Then the tablet was centrifuged at 500 g for 5 minutes. Next, the tablet was placed in a CO 2 incubator under standard conditions (5% CO 2 , 37 ° C). The culture medium in the wells was replaced daily. The study of the results of attachment, proliferation and differentiation of cells was carried out on the 14th day of cultivation. A biopolymer microheterogeneous collagen-containing matrix (BMKG) (Biomir Service JSC, Krasnoznamensk) of the Long brand was used as a control.

На фиг. 2 представлена ТИК, включающая хондробласты и децеллюляризованный матрикс суставного хряща свиньи. Ув. X100. Окрашивание альциановым синим на гликозаминогликаны, где 3 - тканеспецифический децеллюляризованный матрикс, 4 - клетки, 5 - наработанный клетками ВКМ.In FIG. Figure 2 presents TECs, including chondroblasts and a decellularized matrix of pig articular cartilage. SW X100. Alcian blue staining for glycosaminoglycans, where 3 is a tissue-specific decellularized matrix, 4 are cells, 5 is produced by VKM cells.

На фиг. 3 представлена ТИК, включающая МСК ЖТч и децеллюляризованный матрикс суставного хряща свиньи. Ув. X100, окрашивание альциановым синим на гликозаминогликаны, где 3 - тканеспецифический децеллюляризованный матрикс, 4 - клетки, 5 - наработанный клетками ВКМ.In FIG. Figure 3 presents TECs, including MSCs of VT and the decellularized matrix of pig articular cartilage. SW X100, staining with glycaminoglycans with Alcian blue, where 3 is a tissue-specific decellularized matrix, 4 are cells, 5 is produced by VKM cells.

На фиг. 4 представлена ТИК, включающая хондробласты и БМКГ марки «лонг» (контрольный матрикс). Ув. X100. Окрашивание альциановым синим на гликозаминогликаны, где 6 - БМКГ, 4 - клетки, 5 - наработанный клетками ВКМ.In FIG. 4 presents TIC, including chondroblasts and BMKG brand "long" (control matrix). SW X100. Alcian blue staining for glycosaminoglycans, where 6 - BMKG, 4 - cells, 5 - produced by VKM cells.

На фиг. 5 представлена ТИК, включающая МСК ЖТч и БМКГ марки «лонг» (контрольный матрикс). Ув. Х200.. Окрашивание альциановым синим на гликозаминогликаны (6 - БМКГ, 4 - клетки, 5 - наработанный клетками ВКМ).In FIG. Figure 5 presents the TEC, including MSC ZhTch and BMKG brand "long" (control matrix). SW X200 .. Staining with alcian blue for glycosaminoglycans (6 - BMKG, 4 - cells, 5 - produced by VKM cells).

Проведенный анализ позволил установить, что все типы клеток активно адгезируют и пролиферируют на поверхности частиц матриксов. При этом, положительное окрашивание всех образцов альциановым синим на гликозаминогликаны свидетельствовало о наработке клетками, вступившими в дифференцировку в хондрогенном направлении, специфичного для хрящевой ткани ВКМ. Однако клеточная масса на поверхности децеллюляризованного матрикса была значимо больше, чем на нетканеспецифическом контрольном.The analysis made it possible to establish that all cell types actively adhere and proliferate on the surface of matrix particles. Moreover, the positive staining of all samples with Alcian blue for glycosaminoglycans indicated the production of cells that entered differentiation in the chondrogenic direction, specific for the cartilage tissue of VKM. However, the cell mass on the surface of the decellularized matrix was significantly larger than on the non-tissue-specific control.

Таким образом, выраженные адгезивные и пролиферативные свойства децеллюляризованного матрикса по отношению к тканеспецефическим клеткам и клеткам, обладающим способностью к дифференцировке в хондрогенном направлении, доказывают сохранность тканеспецифических свойств децеллюляризованного матрикса и наибольшую пригодность для использования в качестве матрикса для создания ТИК хрящевой ткани.Thus, the expressed adhesive and proliferative properties of the decellularized matrix with respect to tissue-specific cells and cells with the ability to differentiate in the chondrogenic direction prove the preservation of the tissue-specific properties of the decellularized matrix and are most suitable for use as a matrix for creating TEC of cartilaginous tissue.

Пример 5.Example 5

Исследование децеллюляризованного матрикса свиньи на цитотоксичность проводили в соответствии с ГОСТ Р ИСО 10993-1-2011) [Межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 10993-1-2011 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 4. Исследование изделий контактирующих с кровью»; ГОСТ ISO 10993-1-2011 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 5. Исследование на цитотоксичность: методы in vitro»].The study of the decellularized matrix of pigs for cytotoxicity was carried out in accordance with GOST R ISO 10993-1-2011) [Interstate standard GOST ISO 10993-1-2011 “Medical devices. Assessment of the biological effects of medical devices. Part 4. The study of products in contact with blood "; GOST ISO 10993-1-2011 “Medical devices. Assessment of the biological effects of medical devices. Part 5. Cytotoxicity test: in vitro methods ”].

В эксперименте использовали децеллюляризованный матрикс хряща свиньи, полученный по предложенному способу (см. пример 1), клетки МСК ЖТч, полученные по стандартной методике [Surguchenko V.A., Ponomareva A.S., Kirsanova L.A., Skaleckij N.N., Sevastianov V.I. The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells (in vitro study) // J. Biomed. Mat. Soc. Part A 2015; 103(2): 463-470] и полную ростовую культуральную среду (культуральная среда DMEM/F12 добавкой GlutaMAX™; сыворотка эмбриональная телячья, стерильная, тестированная на цитотоксичность и отсутствие микоплазмы - 10%; комплексная антимикробная добавка Gibco® Antibiotic-Antimycotic- 1%; HEPES1 мМ; фактор роста фибробластов (FGF-basic) 1 мкг/л). В эксперименте использовали клетки III-го пассажа.In the experiment, the decellularized matrix of pig cartilage obtained by the proposed method (see example 1), MSC MLC cells obtained by the standard method [Surguchenko V.A., Ponomareva A.S., Kirsanova L.A., Skaleckij N.N., Sevastianov V.I. The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells (in vitro study) // J. Biomed. Mat. Soc. Part A 2015; 103 (2): 463-470] and a full growth culture medium (DMEM / F12 culture medium supplemented with GlutaMAX ™; fetal calf serum, sterile, tested for cytotoxicity and absence of mycoplasma - 10%; complex antimicrobial additive Gibco® Antibiotic-Antimycotic-1 %; HEPES1 mM; fibroblast growth factor (FGF-basic) 1 μg / L). In the experiment, cells of the third passage were used.

Все манипуляции проводили в асептических условиях. МСК ЖТч высевали в культуральные плоскодонные 24-луночные планшеты и инкубировали при температуре 37°С в стандартных условиях: влажной атмосфере, содержащей (5±1) % CO2, до образования монослоя со степенью конфлюэнтности 80-85%. На поверхность образовавшегося монослоя клеток помещали исследуемые образцы матриксов.All manipulations were performed under aseptic conditions. ZhKh MSCs were seeded in 24-well flat-bottomed culture plates and incubated at 37 ° C under standard conditions: a humid atmosphere containing (5 ± 1)% CO 2 until a monolayer with a degree of confluency of 80-85% was formed. The investigated matrix samples were placed on the surface of the formed monolayer of cells.

В эксперименте исследовали как цитотоксичность непосредственно МДЧХс методом прямого контакта, так и вытяжек из матрикса. Для приготовления вытяжек 1 пелету образца массой 0,03 г помещали на 24 часа в 0,5 мл культуральной среды в стандартных условиях. После чего указанный объем вытяжки добавляли к полной ростовой среде в лунке планшета с монослоем клеток.In the experiment, we studied both the cytotoxicity of directly MFCS by direct contact and extracts from the matrix. To prepare extracts, 1 pellet of a sample weighing 0.03 g was placed for 24 hours in 0.5 ml of culture medium under standard conditions. After that, the indicated volume of the extract was added to the complete growth medium in the well of the plate with a monolayer of cells.

Первичный учет результатов в варианте с клетками МСК ЖТч, согласно нормативам проводили через 24 часа. Для выявления возможного пролонгированного цитотоксического эффекта наблюдение за ростом клеток вели вплоть до 3 суток.The primary recording of results in the variant with ZhK MSC cells, according to the standards, was carried out after 24 hours. To identify a possible prolonged cytotoxic effect, cell growth was monitored up to 3 days.

Отрицательным контролем служила культуральная среда для клеток МСК ЖТч, содержащая сыворотку, положительным - стандартный раствор цинка в азотной кислоте Zn 1-2 wt. % HNO3, разведение 1:200 раствором 0,9% NaCl для инъекций).A negative control was the culture medium for ZhKh MSC cells containing serum; a positive control was a standard solution of zinc in nitric acid Zn 1-2 wt. % HNO 3 , 1: 200 dilution with 0.9% NaCl solution for injection).

Оценка цитотоксического эффекта образцов мелкодисперсного матрикса из децеллюляризированного хряща свиньи, как методом вытяжек, так и методом прямого контакта, показали отсутствие цитотоксичности. Данные фазово-контрастной микроскопии подтверждаются кривыми роста МСК ЖТч.Assessment of the cytotoxic effect of samples of finely dispersed matrix from decellularized pig cartilage, both by the method of extracts and by direct contact, showed the absence of cytotoxicity. The data of phase contrast microscopy are confirmed by the growth curves of MSC ZhTch.

Исключение возможности токсического воздействия матрикса на организм за счет стандартизации технологии отмывки от ПАВ подтверждается исследованиями цитотоксичности.The exclusion of the possibility of toxic effects of the matrix on the body due to the standardization of technology for washing from surfactants is confirmed by cytotoxicity studies.

Пример 6.Example 6

Для доказательства обеспечения тканеспецифическим матриксом, полученным по предложенному способу (см. пример 1), совместно с гелеобразным матриксом формирования ТИК хряща, приводим результаты изучения адгезии, пролиферации и дифференцировки хондробластов человека и МСК ЖТч.To prove the provision of a tissue-specific matrix obtained by the proposed method (see example 1), together with the gel-like matrix of the formation of TIC of cartilage, we present the results of a study of the adhesion, proliferation and differentiation of human chondroblasts and MSC of ZhTch.

Клеточная культура МСК ЖТч была получена из фрагмента подкожной жировой клетчатки от здорового донора по стандартной методике [Surguchenko V.A., Ponomareva A.S., Kirsanova L.A., Skaleckij N.N., Sevastianov V.I. The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells (in vitro study) // J. Biomed. Mat. Soc. Part A 2015; 103(2): 463-470 ]. Были использованы хондробласты из фрагментов хряща реберных дуг человека, полученные в процессе хирургических вмешательств при информационном согласии пациента. Материал отмывали в растворе Хенкса с добавлением культурального антибиотика-антимикотика. Ткань измельчали ножницами до получения однородной массы, состоящей из фрагментов объемом ⋅~1 мм3, после чего инкубировали в 0.1% растворе коллагеназы I типа при 37°С в течение 12 ч. В эксперименте были использованы клетки 3 пассажа.The cell culture of the MSC of ZhTch was obtained from a subcutaneous fatty tissue fragment from a healthy donor according to the standard procedure [Surguchenko V.A., Ponomareva A.S., Kirsanova L.A., Skaleckij N.N., Sevastianov V.I. The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells (in vitro study) // J. Biomed. Mat. Soc. Part A 2015; 103 (2): 463-470]. Chondroblasts from fragments of cartilage of human costal arches obtained during surgical interventions with the informational consent of the patient were used. The material was washed in a Hanks solution with the addition of a culture antibiotic-antimycotic. The tissue was ground with scissors to obtain a homogeneous mass consisting of fragments with a volume of ⋅ ~ 1 mm3, after which they were incubated in a 0.1% type I collagenase solution at 37 ° C for 12 hours. Cells of passage 3 were used in the experiment.

В каждую лунку конической формы 96-луночного культурального планшета помещали 200 мкл суспензии с рабочей концентрацией 1×106 клеток в 1 мл хондрогенной дифференцировочной среды (культуральная среда DMEM HG с добавкой GlutaMAX™, содержащая 10% ITS+, 1% пируват натрия, 0.25% аскорбат-2-фосфата, 0.0001% дексаметазона, 0.002% TGF-β1 и 1% культурального антибиотика-антимикотика) и 20 мг децеллюляризованного матрикса хряща, смешанного с 60 мг БМКГ марки «лайт» (АО «Биомир сервис», г. Краснознаменск). После чего планшет центрифугировали при 500 g в течение 5 минут. Далее планшет помещали в CO2-инкубатор при стандартных условиях (5% CO2, 37°С). Замену культуральной среды в лунках производили ежедневно. Изучение результатов прикрепления, пролиферации и дифференцировки клеток проводили на 14 сутки культивирования.200 μl of suspension with a working concentration of 1 × 10 6 cells in 1 ml of chondrogenic differentiating medium (DMEM HG culture medium supplemented with GlutaMAX ™ containing 10% ITS +, 1% sodium pyruvate, 0.25%) was placed in each conical well of a 96-well culture plate. ascorbate-2-phosphate, 0.0001% dexamethasone, 0.002% TGF-β1 and 1% culture antibiotic-antimycotics) and 20 mg of the decellularized cartilage matrix mixed with 60 mg of BMKG brand Light (JSC Biomir Service, Krasnoznamensk) . Then the tablet was centrifuged at 500 g for 5 minutes. Next, the tablet was placed in a CO 2 incubator under standard conditions (5% CO 2 , 37 ° C). The culture medium in the wells was replaced daily. The study of the results of attachment, proliferation and differentiation of cells was carried out on the 14th day of cultivation.

На фиг. 6 представлена ТИК, включающая хондробласты и децеллюляризованный матрикс суставного хряща свиньи, смешанный с БМКГ марки «лайт». Ув. X100. Окрашивание альциановым синим на гликозаминогликаны, где 3 - тканеспецифический децеллюляризованный матрикс, 4 - клетки, 5 - наработанный клетками ВКМ.In FIG. Figure 6 shows TECs, including chondroblasts and a decellularized matrix of pig articular cartilage mixed with light BMKG. SW X100. Alcian blue staining for glycosaminoglycans, where 3 is a tissue-specific decellularized matrix, 4 are cells, 5 is produced by VKM cells.

На фиг. 7 представлена ТИК, включающая МСК ЖТч и децеллюляризованный матрикс суставного хряща свиньи, смешанный с БМКГ марки «лайт». Ув. X100. Окрашивание альциановым синим на гликозаминогликаны, где 3 - тканеспецифический децеллюляризованный матрикс, 4 - клетки, 5 - наработанный клетками ВКМ.In FIG. 7 shows TECs, including MSC ZhTch and the decellularized matrix of pig articular cartilage, mixed with BMKG brand "light". SW X100. Alcian blue staining for glycosaminoglycans, where 3 is a tissue-specific decellularized matrix, 4 are cells, 5 is produced by VKM cells.

Через 14 дней культивирования в хондрогенной среде наблюдали активную пролиферацию хондробластов и МСК ЖТ, при этом визуализировалась резорбция тканеспецифического децеллюляризованного матрикса хряща. Отметим, что увеличение количества клеток сопровождалось наработкой клетками специфического для ткани ВКМ, содержащего в своем составе гликозаминогликаны.After 14 days of cultivation in a chondrogenic medium, active proliferation of chondroblasts and MSCs of VT was observed, while resorption of tissue-specific decellularized cartilage matrix was visualized. Note that the increase in the number of cells was accompanied by the production of tissue-specific VKM containing glycosaminoglycans in the cells.

Проведенные исследование подтверждает пригодность тканеспецифического децеллюляризованного матрикса при использовании в комбинации с гелеобразным матриксом для формирования ТИК хрящевой ткани человека.The study confirms the suitability of tissue-specific decellularized matrix when used in combination with a gel-like matrix for the formation of TEC of human cartilage tissue.

Аналогичные результаты получены при проведении экспериментов в соответствии с примерами 3-6 с использованием матрикса хряща, полученного в соответствии с примером 2.Similar results were obtained when conducting experiments in accordance with examples 3-6 using the cartilage matrix obtained in accordance with example 2.

Пример 7.Example 7

Для доказательства биосовместимости децеллюляризированных мелкодисперсных частиц хряща свиньи был привлечен метод определения величины гемолиза.To prove the biocompatibility of decellularized fine particles of pig cartilage, a method for determining hemolysis was used.

В эксперименте использовали кровь кролика, смешанную в соотношении 9:1 с 3,8%-ым раствором цитрата натрия в качестве антикоагулянта.In the experiment, rabbit blood mixed in a 9: 1 ratio with 3.8% sodium citrate solution as an anticoagulant was used.

Образцы МДЧХс переносили в бюксы и добавляли 0,9% раствор натрия хлорида в соотношение масса образца (г) : эстрагирующая жидкость (мл) = 1:30.Samples of MDCTs were transferred to bottles and 0.9% sodium chloride solution was added in the ratio of sample weight (g): extraction liquid (ml) = 1:30.

Для приготовления контрольной пробы в пробирку наливали 3 мл 0,9% раствор натрия хлорида. Для приготовления пробы со 100%-ным гемолизом в пробирку наливали 3 мл дистиллированной воды.To prepare a control sample, 3 ml of 0.9% sodium chloride solution was poured into a test tube. To prepare a sample with 100% hemolysis, 3 ml of distilled water was poured into a test tube.

Все пробирки с растворами инкубировали при температуре 37°С в течение 120 мин. Затем в каждую пробирку добавляли цитратную кровь кролика из расчета 200 мкл на 10 мл экстракта, перемешивали и вновь инкубировали в термостате при температуре 37°С в течение 1 часа. После инкубации пробирки помещали в центрифугу для осаждения крови при ускорении 2000 об/мин в течение 20 мин. На биохимическом анализаторе «Стат факс 1904+» измеряли оптическую плотность супернатанта при длине волны 545 нм. Количественным критерием метода служила относительная величина гемолиза (αr) в %, определяемая по формуле:All test tubes with solutions were incubated at a temperature of 37 ° C for 120 min. Then, rabbit citrate blood was added to each tube at a rate of 200 μl per 10 ml of extract, stirred and re-incubated in an incubator at 37 ° C for 1 hour. After incubation, the tubes were placed in a centrifuge to precipitate blood at an acceleration of 2000 rpm for 20 minutes. Optical density of the supernatant at a wavelength of 545 nm was measured on a Stat Fax 1904+ biochemical analyzer. The quantitative criterion of the method was the relative value of hemolysis (α r ) in%, determined by the formula:

Figure 00000016
Figure 00000016

где: Еоп - оптическая плотность опытной пробы;where: E op - the optical density of the experimental sample;

Ек - оптическая плотность контрольной пробы;E to - the optical density of the control sample;

Е100 - оптическая плотность пробы со 100%-ным гемолизом.E 100 is the optical density of the sample with 100% hemolysis.

Образец признается гемосовместимым по тесту на гемолиз, если αг ≤ 2%.A sample is recognized as hemocompatible by a hemolysis test if α g ≤ 2%.

Результаты тестирования биосовместимых свойств МДЧХс, децеллюляризованных согласно предлагаемому методу, показали, что гемолиз, индуцированный контактом с чужеродной поверхностью, практически отсутствует (αг ≤ 0,1%), следовательно, децеллюляризованные МДЧХс соответствуют требованиям ГОСТ Р ИСО 10993-1-2011, предъявляемым к биосовместимым материалам.The results of testing the biocompatible properties of MDCHc, decellularized according to the proposed method, showed that hemolysis induced by contact with a foreign surface is practically absent (α g ≤ 0.1%), therefore, the decellularized MDCCHs comply with the requirements of GOST R ISO 10993-1-2011 to biocompatible materials.

Claims (15)

1. Способ получения тканеспецифического матрикса для тканевой инженерии хряща, включающий измельчение хряща свиньи, его децеллюляризацию, отличающийся тем, что сначала суставной хрящ свиньи нарезают фрагментами размером не более 0,5 см, а затем измельчают полученные фрагменты и выделяют частицы размером от 100 мкм до 250 мкм; после чего выполняют децеллюляризацию полученных частиц, при этом проводят1. A method of producing tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage, including grinding pig cartilage, its decellularization, characterized in that the pig’s articular cartilage is first cut into fragments no larger than 0.5 cm in size, and then the fragments obtained are crushed and particles from 100 microns to 250 microns; after which they perform the decellularization of the obtained particles, while сначала не менее 3 циклов, каждый из которых включает охлаждение при температуре -196°С в течение одного часа с последующим оттаиванием при 35-40°С в течение одного часа;first at least 3 cycles, each of which includes cooling at a temperature of -196 ° C for one hour, followed by thawing at 35-40 ° C for one hour; затем последовательную инкубацию в растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ) с повышающейся концентрацией при перемешивании со скоростью 10-500 об/мин, используя в качестве растворов ПАВ:then sequential incubation in solutions of surface-active substances (surfactants) with increasing concentration with stirring at a speed of 10-500 rpm, using as surfactant solutions: а) 20-500 мл раствора фосфатного буфера, полученного из состава 138 мМ NaCl, 2.67 мМ KCl, 1.47 мМ KH2PO4, 8.1 мМ Na2HPO4, дистиллированная вода до 1 л с рН 7,4 (ФБС), содержащего 1% Тритон X 100 и 0,1% натриевой соли додецилсульфата натрия (ДДС);a) 20-500 ml of a solution of phosphate buffer obtained from the composition of 138 mm NaCl, 2.67 mm KCl, 1.47 mm KH 2 PO 4 , 8.1 mm Na 2 HPO 4 , distilled water up to 1 l with a pH of 7.4 (PBS) containing 1% Triton X 100 and 0.1% sodium dodecyl sulfate sodium (DDS); б) 20-500 мл раствора ФБС, содержащего 2% Тритон X 100 и 0,1% ДДС;b) 20-500 ml of PBS solution containing 2% Triton X 100 and 0.1% DDS; в) 20-500 мл раствора ФБС, содержащего 3% Тритон X 100 и 0,1% ДДС;c) 20-500 ml of PBS solution containing 3% Triton X 100 and 0.1% DDS; после чего инкубацию в течение 12-48 часов при температуре 37°С в 1-10 мл раствора, содержащего 30-50 Е/мл ДНКазы I типа в буферном растворе, полученном из состава 10 мМ Трис-HCl, 2,5 мМ MgCl2, 0.5 мМоль CaCl2, дистиллированная вода до 1 л с рН 7.6;then incubation for 12-48 hours at 37 ° C in 1-10 ml of a solution containing 30-50 U / ml of type I DNase in a buffer solution obtained from 10 mM Tris-HCl, 2.5 mM MgCl 2 , 0.5 mmol CaCl 2 , distilled water up to 1 l with a pH of 7.6; далее производят отмывку частиц хряща путем последовательного выполнения следующих этапов:then wash cartilage particles by sequentially performing the following steps: ополаскивание 100-500 мл бидистиллированной воды,rinsing with 100-500 ml bidistilled water, экспозиция в течение суток в 20-500 мл бидистиллированной воды при комнатной температуре и периодическом перемешивании со скоростью 10-500 об/мин в течение одного часа трижды на протяжении суток,exposure during the day in 20-500 ml of double-distilled water at room temperature and periodic stirring at a speed of 10-500 rpm for one hour three times during the day, экспозиция по меньшей мере 48 часов при комнатной температуре в бидистиллированной воде, содержащей ампициллин из расчета 10-20 мкг/мл и амфотерицин из расчета 1,5-2,0 мкг/мл,exposure for at least 48 hours at room temperature in bidistilled water containing ampicillin at a rate of 10-20 μg / ml and amphotericin at a rate of 1.5-2.0 μg / ml, ополаскивание в 20-500 мл бидистиллированной воды;rinsing in 20-500 ml of double-distilled water; после чего отмытые частицы децеллюляризированного хряща высушивают и стерилизуют γ-облучением в дозе 1,5 Мрад с получением образцов искомого матрикса.after which the washed particles of decellularized cartilage are dried and sterilized with γ-radiation at a dose of 1.5 Mrad to obtain samples of the desired matrix. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до стерилизации частицы хряща хранят при температуре от -30°С до -80°С.2. The method according to p. 1, characterized in that until sterilization the cartilage particles are stored at a temperature of from -30 ° C to -80 ° C. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стерильные образцы матрикса хряща хранят при температуре 4-8°С.3. The method according to p. 1, characterized in that sterile cartilage matrix samples are stored at a temperature of 4-8 ° C.
RU2019115236A 2019-05-17 2019-05-17 Method of producing tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage RU2716577C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115236A RU2716577C1 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Method of producing tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115236A RU2716577C1 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Method of producing tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2716577C1 true RU2716577C1 (en) 2020-03-12

Family

ID=69898828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019115236A RU2716577C1 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Method of producing tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2716577C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114276974A (en) * 2021-12-24 2022-04-05 上海理工大学 Interstitial material for encapsulating cells and preparation method and application thereof
RU2774579C1 (en) * 2021-11-18 2022-06-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Артбио" Method for sterilizing acellular matrixes

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAN L.K. et al. "Decellularized bovine intervertebral disc as a natural scaffold for xenogenic cell studies", Acta Biomater. 2013; 9(2): 5262-5272. *
CHAN L.K. et al. "Decellularized bovine intervertebral disc as a natural scaffold for xenogenic cell studies", Acta Biomater. 2013; 9(2): 5262-5272. КИРИЛЛОВА А.Д. "Создание мелкодисперсного тканеспецифического матрикса из децеллюляризованного суставного хряща", ХVI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физикохимия и технология неорганических материалов". Москва. 1-4 октября 2019 г. / Сборник трудов. - М.: ИМЕТ РАН, 2019, С.190. LU T. et al. "Techniques for fabrication and construction of three-dimensional scaffolds for tissue engineering", Int J Nanomed. 2013; 8: 337-350; DOI:10/2147/IJN.S38635. САДОВОЙ М.А. и др. "Клеточные матрицы (скаффолды) для целей регенерации кости: современное состояние проблемы", Хирургия позвоночника. 2014; 2: 79-86. ENGLER A.J. et al. "Matrix elasticity directs stem cell lineage specification", Cell. 2006; 126: 677-689. *
ENGLER A.J. et al. "Matrix elasticity directs stem cell lineage specification", Cell. 2006; 126: 677-689. *
LU T. et al. "Techniques for fabrication and construction of three-dimensional scaffolds for tissue engineering", Int J Nanomed. 2013; 8: 337-350; DOI:10/2147/IJN.S38635. *
КИРИЛЛОВА А.Д. "Создание мелкодисперсного тканеспецифического матрикса из децеллюляризованного суставного хряща", ХVI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физикохимия и технология неорганических материалов". Москва. 1-4 октября 2019 г. / Сборник трудов. - М.: ИМЕТ РАН, 2019, С.190. *
САДОВОЙ М.А. и др. "Клеточные матрицы (скаффолды) для целей регенерации кости: современное состояние проблемы", Хирургия позвоночника. 2014; 2: 79-86. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2774579C1 (en) * 2021-11-18 2022-06-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Артбио" Method for sterilizing acellular matrixes
CN114276974A (en) * 2021-12-24 2022-04-05 上海理工大学 Interstitial material for encapsulating cells and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101056069B1 (en) Method for producing porous three-dimensional scaffold using animal tissue powder
Fang et al. Biomimetic gelatin methacrylamide hydrogel scaffolds for bone tissue engineering
JP5695131B2 (en) Plasma protein matrix and method for producing the same
Lawson et al. Adhesion and growth of bone marrow stromal cells on modified alginate hydrogels
DK2898064T3 (en) COMPOSITIONS FOR TREATMENT AND PREVENTION OF TISSUE DAMAGE AND DISEASE
Jin et al. Transplantation of human placenta-derived mesenchymal stem cells in a silk fibroin/hydroxyapatite scaffold improves bone repair in rabbits
EP2882465A1 (en) Methods of manufacturing hydrogel microparticles having living cells, and compositions for manufacturing a scaffold for tissue engineering
AU2002319888A1 (en) Plasma protein matrices and methods for their preparation
US11938245B2 (en) Cartilage-derived implants and methods of making and using same
Yang et al. The differential in vitro and in vivo responses of bone marrow stromal cells on novel porous gelatin–alginate scaffolds
Woźniak et al. Candidate bone-tissue-engineered product based on human-bone-derived cells and polyurethane scaffold
Koç Demir et al. Osteogenic differentiation of encapsulated rat mesenchymal stem cells inside a rotating microgravity bioreactor: in vitro and in vivo evaluation
Liu et al. Urine‐derived stem cells loaded onto a chitosan‐optimized biphasic calcium‐phosphate scaffold for repairing large segmental bone defects in rabbits
Sevastianov et al. Decellularization of cartilage microparticles: Effects of temperature, supercritical carbon dioxide and ultrasound on biochemical, mechanical, and biological properties
RU2716577C1 (en) Method of producing tissue-specific matrix for tissue engineering of cartilage
Vurat et al. Bioactive composite hydrogels as 3D mesenchymal stem cell encapsulation environment for bone tissue engineering: In vitro and in vivo studies
Peng et al. Wnt3a loaded deformable hydrogel acts as a 3D culture platform for in situ recruitment of stem cells to efficiently repair bone defects via the asymmetric division
Basok et al. Fabrication of microdispersed tissue-specific decellularized matrix from porcine articular cartilage
Zhao et al. In vitro study of bioactivity of homemade tissue-engineered periosteum
Mehrabi et al. Synthesis and characterization of a silk fibroin/placenta matrix hydrogel for breast reconstruction
RU2816638C1 (en) Method of obtaining decellularized matrix from parenchymal organs for tissue engineering and regenerative medicine
KR102472314B1 (en) The optimal extraction method for extracellular matrix in human-derived perirenal adipose tissue
Basok et al. Comparative study of chondrogenesis of human adipose-derived mesenchymal stem cells when cultured in collagen-containing media under in vitro conditions
Buizer Towards in vivo application of oxygen-releasing microspheres for enhancing bone regeneration
Khaqan Zia Characterization of Hydrogels Derived from Extra Cellular Matrix of Umbilical Cord for its Application in Tissue Engineering