WO2019221639A1 - Способ производства коллаген-ламининового матрикса для заживления язв, ожогов и ран кожи человека - Google Patents

Способ производства коллаген-ламининового матрикса для заживления язв, ожогов и ран кожи человека Download PDF

Info

Publication number
WO2019221639A1
WO2019221639A1 PCT/RU2019/050029 RU2019050029W WO2019221639A1 WO 2019221639 A1 WO2019221639 A1 WO 2019221639A1 RU 2019050029 W RU2019050029 W RU 2019050029W WO 2019221639 A1 WO2019221639 A1 WO 2019221639A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
collagen
laminin
skin
burns
wounds
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/050029
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Арюна Пурбодоржиевна ЦЫБДЕНОВА
Эрдэм Баирович ДАШИНИМАЕВ
Юрий Содномович БАЛХАНОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Шэнэскин"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Шэнэскин" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Шэнэскин"
Priority to US17/250,058 priority Critical patent/US20210220518A1/en
Priority to CN201980032852.XA priority patent/CN112118860B/zh
Priority to DE112019002479.5T priority patent/DE112019002479B4/de
Publication of WO2019221639A1 publication Critical patent/WO2019221639A1/ru

Links

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
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • 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
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/22Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/24Collagen
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K35/00Medicinal preparations containing materials or reaction products thereof with undetermined constitution
    • A61K35/12Materials from mammals; Compositions comprising non-specified tissues or cells; Compositions comprising non-embryonic stem cells; Genetically modified cells
    • A61K35/32Bones; Osteocytes; Osteoblasts; Tendons; Tenocytes; Teeth; Odontoblasts; Cartilage; Chondrocytes; Synovial membrane
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K35/00Medicinal preparations containing materials or reaction products thereof with undetermined constitution
    • A61K35/12Materials from mammals; Compositions comprising non-specified tissues or cells; Compositions comprising non-embryonic stem cells; Genetically modified cells
    • A61K35/35Fat tissue; Adipocytes; Stromal cells; Connective tissues
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K35/00Medicinal preparations containing materials or reaction products thereof with undetermined constitution
    • A61K35/12Materials from mammals; Compositions comprising non-specified tissues or cells; Compositions comprising non-embryonic stem cells; Genetically modified cells
    • A61K35/36Skin; Hair; Nails; Sebaceous glands; Cerumen; Epidermis; Epithelial cells; Keratinocytes; Langerhans cells; Ectodermal cells
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/39Connective tissue peptides, e.g. collagen, elastin, laminin, fibronectin, vitronectin, cold insoluble globulin [CIG]
    • 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
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/22Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/227Other specific proteins or polypeptides not covered by A61L27/222, A61L27/225 or A61L27/24
    • 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
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/3683Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix subjected to a specific treatment prior to implantation, e.g. decellularising, demineralising, grinding, cellular disruption/non-collagenous protein removal, anti-calcification, crosslinking, supercritical fluid extraction, enzyme treatment
    • A61L27/3687Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix subjected to a specific treatment prior to implantation, e.g. decellularising, demineralising, grinding, cellular disruption/non-collagenous protein removal, anti-calcification, crosslinking, supercritical fluid extraction, enzyme treatment characterised by the use of chemical agents in the treatment, e.g. specific enzymes, detergents, capping agents, crosslinkers, anticalcification agents
    • 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
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • A61L27/3804Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells characterised by specific cells or progenitors thereof, e.g. fibroblasts, connective tissue cells, kidney cells
    • A61L27/3813Epithelial cells, e.g. keratinocytes, urothelial cells
    • 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
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/60Materials for use in artificial skin
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P17/00Drugs for dermatological disorders
    • A61P17/02Drugs for dermatological disorders for treating wounds, ulcers, burns, scars, keloids, or the like
    • 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
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602Vertebrate cells
    • C12N5/0625Epidermal cells, skin cells; Cells of the oral mucosa
    • C12N5/0629Keratinocytes; Whole skin
    • 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
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0697Artificial constructs associating cells of different lineages, e.g. tissue equivalents
    • C12N5/0698Skin equivalents
    • 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
    • A61L2300/00Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/412Tissue-regenerating or healing or proliferative agents
    • 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
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • 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
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/32Materials or treatment for tissue regeneration for nerve reconstruction
    • 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
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/40Preparation and treatment of biological tissue for implantation, e.g. decellularisation, cross-linking

Definitions

  • the invention relates to medical biotechnology, namely, to cellular technologies and tissue engineering approaches for the tasks of regenerative medicine.
  • the method consists in the fact that, along with conservative methods of treatment, substitution therapy of skin lesions with the help of polymer matrices, histotypically similar to body tissues, with biologically active agents: cell derivatives - collagens and laminins, contributing to the structure-forming function of the damaged area, is proposed.
  • tissue engineering methods are used [8]. Tissue engineering is designed to solve many problems of regenerative medicine, which considers the issues of improving the duration and quality of human life by restoring lost structures and fun
  • a promising method for the treatment and restoration of tissues may be the use of new materials created on the basis of cell technology [2, 3, 5, 6].
  • epidermal and dermal skin equivalents consisting of bovine collagen with neonatal human fibroblasts (Apligraf), allogeneic foreskin fibroblasts on a synthetic substrate (Dermagraft), three-dimensional collagen gels with fibroblasts, however in these variations, difficulties arise with infection, immunogenicity, storage and transportation of tissue-engineering structures [8, 10].
  • the claimed method is as follows. Collagen of the first type is secreted from rat tails tendons. This requires adult Wistar rats (or analogues) weighing 300 grams and contained in laboratory vivariums, eliminating the presence of infections, parasites, etc.
  • rat tails can be stored for several years in freezing at -20 ° C. Before collagen is secreted, the tails are washed with standard detergents and sterilized with 70% ethanol for a day before collagen extraction. Further, all manipulations are performed under sterile conditions (in laminar cabinets of 1 or 2 biosafety class). The skin is removed from the tail with a scalpel and tweezers, the tail is cut into pieces of 2-3 cm. The pieces of the tail thus obtained are again incubated in 70% ethanol for 15 minutes. Then, with the help of tweezers, the tendons are removed from the tail, split into thin fibers and placed in a vessel with a sterile solution of 0.1% glacial acetic acid.
  • Collagen begins to be extracted into the solution almost immediately, the solution acquires viscosity and color as a bluish-opalescent haze.
  • the tendons from one tail should be dissolved in 100-150 ml of the solution. Then the solution is incubated at + 4 ° C for a month. If possible, every day you should get a bottle of solution and stir the precipitate. As a result, a thick viscous liquid forms with undissolved sediment at the bottom. Then the collagen solution is centrifuged (1 hour at 1500g ⁇ 4000 rpm. At a rotor radius of 10 cm, at room temperature) to precipitate undissolved collagen fibers. The supernatant is discharged into sterile storage containers.
  • the concentration of the solution can be calculated by evaporating the aqueous fraction in a dry-air thermostat and weighing the precipitate formed.
  • a collagen solution can be considered acceptable, with a collagen concentration of at least 1 mg / ml (usually 3-5 mg / ml is obtained).
  • an acidic solution of acetic acid should be neutralized.
  • the collagen solution is poured into a sterile Petri dish (the radius of the cup is 3 cm, 6 cm, or 10 cm, if necessary) and the corresponding amount of 0.1 M NaOH solution is added with stirring to create a total pH of ⁇ 7.0-7.2.
  • the acidity of the solution can be easily determined by adding a concentrate of Ml 99 medium containing phenol red dye, the color of which varies with pH. The required color of the solution is scarlet red.
  • Ml 99 medium containing phenol red dye the color of which varies with pH.
  • the required color of the solution is scarlet red.
  • HaCaT cells are immortalized human keratinocytes, proliferate well and are widely used in scientific research.
  • the required amount of a complete growth culture medium for NaCaT cells is added from above and the composition is then incubated for several days until a dense and superdense cell monolayer is reached. During this time, HaCaT cells synthesize the laminin layer of the basement membrane on the gel surface.
  • the resulting matrix is fixed with 4% paraformaldehyde, for 1 day at + 4 ° C.
  • all the proteins of the composition crosslink with each other, forming an insoluble single complex, the cells are inactivated.
  • the transplant is washed from formaldehyde using a sterile solution of phosphate-buffered saline (PBS), 3 times for 15 minutes with swaying on an orbital shaker.
  • PBS phosphate-buffered saline
  • the matrix is decellulated using a solution of detergents SDS and Triton- X-100, for 1 day at + 4 ° C.
  • the bonds between lipids, lipids and proteins are broken, all intracellular components are released and washed out, DNA and RNA cells degrade.
  • the transplant is washed from detergents using a sterile solution of phosphate-buffered saline (PBS), 6 times for 1 hour with swaying on an orbital shaker. The last stage of washing is carried out during the day at + 4 ° C. Further, the matrix can be stored for a month at + 4 ° C in a PBS solution, or two years dried in freezing at -20 ° C.
  • PBS phosphate-buffered saline
  • the resulting matrix is a protein composition consisting of two main components - collagen of the first type, and laminin of the basement membrane, which are in full histotypic similarity with the structure of human skin.
  • Collagen makes up the stroma of the transplant, and laminin covers the stroma in the form of a basement membrane.
  • the matrix is sterile, immunotolerant (since collagen is a highly conservative and immunotolerant protein, and laminin is of human origin), is devoid of any cellular component, which transfers it to the category of medical devices and greatly simplifies the registration procedure.
  • Various additives antioxidants, growth factors, cytokines
  • the NaCaT cell line can be exchanged for other immortalized cell lines of the epithelial type, producing other types of laminins, which will allow the use of the matrix for the treatment of other epithelio-mesenchymal defects (urinary tract ureter, laryngeal epithelium, intestinal epithelium, etc.).
  • the proposed version of the three-dimensional matrix is a protein composition consisting of two main components - collagen of the first type, and laminin of the basement membrane, which are in full histotypic similarity with the structure of human skin.
  • Collagen and laminin protein families are the two most common types of human skin proteins.
  • Collagen is the basis of the mesenchymal component of the dermis of the skin, providing its mechanical strength and elasticity.
  • Laminin is the basis of any basement membranes of organs, including the basement membrane of the skin [1, 7].
  • the obtained data on the restoration of the integrity of the skin indicate that the created reparative composition has high wound healing efficiency due to the directed growth of the regenerating tissue while maintaining vascularization processes.
  • the developed biocompatible collagen-laminin wound healing material based on a combination of a polymer substrate and a human keratinocyte synthesis product, devoid of the cellular component, is characterized by comparative simplicity of manufacture and long shelf life, which makes it possible to recommend the design for implementation.
  • Panarin E. F. Nudga L. A., Petrova V. A., Bochk A. M., Hoffman I. V, Lebedeva M. F., Blinova M. I., Spichkina O. G., Yudintseva N. M., Pinaev G. P. Matrices for the cultivation of human skin cells based on natural polysaccharides - chitin and chitosan // Cell Transplantology and Tissue Engineering. - 2009. - Volume IV. - N ° 3 - S. 42-46.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Virology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Developmental Biology & Embryology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

Предполагаемое изобретение относится к медицинским биотехнологиям, а именно, к тканеинженерным подходам регенеративной медицины. Способ заключается в том, что наряду с консервативными методами лечения, предлагается заместительная терапия повреждений кожных покровов при помощи полимерных матриксов, гистотипически подобных тканям организма, с биологически активными агентами: клеточными производными – коллагенами и ламининами, способствующими структурообразовательной функции поврежденной области. Биодеградируемый ранозаживляющий композитный материал, основанный на комбинации полимерной подложки и продукта синтеза эпителиальных клеток человека, при этом лишенный клеточной составляющей, отличается сравнительной простотой изготовления, длительностью срока хранения и позволит отказаться от трансплантации кожи, например, при глубоких и обширных ожогах, трофических язвах и др.

Description

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОЛЛАГЕН-ЛАМИНИНОВОГО МАТРИКСА ДЛЯ ЗАЖИВЛЕНИЯ ЯЗВ, ОЖОГОВ И РАН КОЖИ
ЧЕЛОВЕКА
Изобретение относится к медицинским биотехнологиям, а именно, к клеточным технологиям и тканеинженерным подходам для задач регенеративной медицины. Способ заключается в том, что наряду с консервативными методами лечения, предлагается заместительная терапия повреждений кожных покровов при помощи полимерных матриксов, гистотипически подобных тканям организма, с биологически активными агентами: клеточными производными - коллагенами и ламининами, способствующими структурообразовательной функции поврежденной области.
Важнейшее и быстро развивающееся направление современной регенеративной медицины - применение клеточных технологий. Задача клеточных технологий в этом случае заключается не только в трансплантации живых клеток в область дефекта, но и в полном восстановлении структуры и функции кожного покрова, в стимуляции регенеративных процессов и создании микроокружения для реализации потенциала собственных тканей и клеток. Для решения таких задач используют методы тканевой инженерии [8]. Тканевая инженерия призвана решить многие задачи регенеративной медицины, которая рассматривает вопросы улучшения продолжительности и качества жизни человека за счет восстановления утраченных структур и фун
кций органов и тканей. Перспективным способом лечения и восстановления тканей может быть применение новых материалов, созданных на основе клеточных технологий [2, 3, 5, 6].
В настоящее время для лечения длительно незаживающих ран (трофические язвы, ожоги) и восстановления или временного закрытия обширных участков кожи разрабатывают подходы, основанные на применении дерматотропных биомедицинских клеточных продуктов. Применение клеточных технологий в стимуляции регенерации тканей заключается в использовании клеток разных типов, биоматриксов и тканеинженерных конструкций в различных вариантах и сочетаниях.
Известны способы покрытия обширных ожогов эпидермальными аутотрансплантатами. Однако при применении эпидермальных пластов для лечения ожоговых больных возникают трудности с приживаемостью, в случае аллогенных трансплантатов иммуногенностью и доступностью. Успешно применялись в доклинических и клинических исследованиях различные другие типы клеток - дермальные фибробласты, мезенхимальные стволовые клетки костного мозга, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Однако данный подход к терапии, как правило, требует большого количества клеточного материала. Это не является серьезной проблемой при лечении небольших ран, но может ей стать при обработке обширных повреждений [8].
Известны способы эффективного применения для восстановления кожи дермальных компонентов - коллагеновых гелей, губок, модифицированных природными и синтетическими полимерами коллагеновых подложек, однако регенеративные процессы осложняются низкой стабильностью, биосовместимостью [9].
В клинических исследованиях с положительными результатами по закрытию относительно небольших ран показано применение эпидермальных и дермальных кожных эквивалентов, состоящих из бычьего коллагена с неонатальными фибробластами человека (Apligraf), аллогенных фибробластов крайней плоти новорожденных на синтетической подложке (Dermagraft), трехмерных коллагеновых гелей с фибробластами, однако в данных вариациях возникают сложности с инфицированностью, иммуногенностью, хранением и транспортировкой тканеинженерных конструкций [8,10]. Заявленный способ выполняют следующим образом. Коллаген первого типа выделяется из сухожилий крысиных хвостов. Для этого требуются взрослые крысы линии Вистар (или аналоги), весом от 300 грамм, содержащиеся в условиях лабораторных вивариев, исключающих наличие инфекций, паразитов и т.д. Крысиные хвосты после усыпления животных можно хранить несколько лет в заморозке при -20°С. Перед выделением коллагена, хвосты отмывают при помощи стандартных моющих средств и стерилизуют 70% этанолом в течение суток перед экстрагированием коллагена. Далее все манипуляции производят в стерильных условиях (в ламинарных шкафах 1 или 2-го класса биобезопасности). Кожу с хвоста снимают при помощи скальпеля и пинцетов, хвост разрезается на куски по 2- 3 см. Полученные таким образом куски хвоста еще раз инкубируются в 70% этаноле 15 минут. Затем при помощи пинцетов сухожилия извлекаются из хвоста, расщепляются на тонкие волокна и помещаются в сосуд со стерильным раствором 0,1% ледяной уксусной кислоты. Коллаген начинает экстрагироваться в раствор практически сразу, раствор приобретает вязкость и окрасу по типу синевато-опалесцирующей дымки. Для получения правильной концентрации и консистенции раствора, сухожилия с одного хвоста следует растворять в 100-150 мл раствора. Затем раствор инкубируется при +4°С в течении месяца. По возможности, каждый день следует доставать бутыль с раствором и размешивать осадок. В итоге образуется густая вязкая жидкость с нерастворенным осадком на дне. Далее раствор коллагена центрифугируется (1 час при 1500g~ 4000 об./мин. при радиусе ротора 10 см, при комнатной температуре) для осаждения нерастворенных волокон коллагена. Супернатант сливается в стерильные емкости для хранения. Концентрацию раствора можно посчитать, выпарив в суховоздушном термостате водную фракцию и взвесив образовавшийся осадок. Раствор коллагена можно считать приемлемым, при концентрации коллагена не ниже 1 мг/мл (обычно получается 3-5 мг/мл). Для полимеризации коллагена следует нейтрализовать кислый раствор уксусной кислоты. Для этого раствор коллагена заливают в стерильную чашку Петри (радиус чашки по необходимости - Зсм, 6 см, либо 10 см.) и добавляют с перемешиванием соответствующее количество 0,1М раствора NaOH, для создания общего рНраствора ~ 7.0-7.2. Кислотность раствора можно легко определить, добавив концентрат среды Ml 99 содержащей краситель феноловый красный, цвет которого меняется в зависимости от pH. Необходимый цвет раствора - алый красный. Варьируя количество раствора коллагена, можно создавать матриксы различной глубины. Полимеризация коллагена происходит в течение 3-5 минут, поэтому все процедуры необходимо проводить быстро, желательно на льду. После добавления всех необходимых ингредиентов и перемешивания, чашку Петри с коллагеновым гелем ставят в инкубатор на +37 °С на несколько часов (сутки оптимально).
На следующий день на коллагеновый гель высаживают клетки линии НаСаТ в плотности 10-40 тысяч клеток на см2. Клетки линии НаСаТ являются иммортализованными кератиноцитами человека, хорошо пролиферируют и широко используются в научных исследованиях. Сверху доливается необходимое количество полной ростовой культуральной среды для клеток НаСаТ и композиция далее инкубируется в течении нескольких суток до достижения плотного и сверхплотного клеточного монослоя. В течение этого времени клетки НаСаТ синтезируют ламининовый слой базальной мембраны на поверхности геля.
После достижения необходимой плотности клеток, получившийся матрикс фиксируют при помощи 4% параформальдегида, в течение 1 суток при +4°С. Таким образом, все белки композиции сшиваются между собой, образуя нерастворимый единый комплекс, клетки инактивируются. После фиксации, трансплант отмывают от формальдегида при помощи стерильного раствора фосфатно-солевого буфера (PBS), 3 раза по 15 минут с покачиванием на орбитальном шейкере. Далее проводят этап децеллюлирования матрикса при помощи раствора детергентов SDS и Triton- X-100, в течении 1 суток при +4°С. Во время этого процесса нарушаются связи между липидами, липидами и белками, высвобождаются и вымываются все внутриклеточные компоненты, происходит деградация ДНК и РНК клеток. После децеллюлирования, трансплант отмывают от детергентов при помощи стерильного раствора фосфатно-солевого буфера (PBS), 6 раз по 1 часу с покачиванием на орбитальном шейкере. Последний этап промывки проводят в течение суток при +4°С. Далее матрикс можно хранить в течении месяца при +4°С в растворе PBS, либо два года высушенным в заморозке при -20°С.
Получившийся матрикс представляет собой белковую композицию, состоящую из двух основных компонентов - коллагена первого типа, и ламинина базальной мембраны, находящихся в полном гистотипическом подобии со строением кожи человека. Коллаген составляет строму транспланта, а ламинин покрывает строму в виде базальной мембраны. Матрикс стерильный, иммунотолерантный (поскольку коллаген является высоко консервативным и иммунотолерантным белком, а ламинин - человеческого происхождения), лишен какой-либо клеточной составляющей, что переводит его в разряд изделий медицинского назначения и сильно упрощает процедуру регистрации. В конечную композицию матрикса можно добавлять различные добавки (антибиотики, факторы роста, цитокины) что делает его удобной базовой моделью с большим потенциалом развития. Клеточную линию НаСаТможно поменять на другие иммортализованные клеточные линии эпителиального типа, производящие ламинины других типов, что позволит использовать матрикс для лечения других эпителио- мезенхимных дефектов (уротелия мочеточника, эпителия гортани, эпителия кишечника и т.д.).
Проведенные исследования in vitro позволили, с помощью клеточных технологий и применения биполимерного субстрата, получить данные о возможности образования устойчивой тканеинженерной гистотипической композиции на основе экстрагированного в виде гелевой пленки коллагеновой матрицы с децеллюлированной ламининовой поверхностью. Иммуногистохимический флуоресцентный анализ идентифицировал экспрессию композитных белков - коллагена I типа и ламинина, а также панцитокератина - маркера эпителиальных клеток. Таким образом, предлагаемый вариант трехмерной матрицы представляет собой белковую композицию, состоящую из двух основных компонентов - коллагена первого типа, и ламинина базальной мембраны, находящихся в полном гистотипическом подобии со строением кожи человека. Семейства белков коллагенов и ламининов являются двумя самыми распространёнными типами белков кожного покрова человека. Коллаген является основой мезенхимного компонента дермы кожи, обеспечивая ее механическую прочность и упругость. Ламинин является основой любых базальных мембран органов, в том числе и базальной мембраны кожи [1, 7].
Результаты контролируемых исследований динамики течения моделируемого раневого процесса в течение 21 суток, полученные на модели лоскутной кожно-мышечной раны у крыс-самцов линии Вистар, свидетельствуют о том, что в группах с применением коллаген-ламининовой матрицы на 7, 14 сутки ускорялась динамика сокращения площади раневых дефектов. Рост грануляционной ткани наблюдали со дна раны, в новообразованиях соединительной ткани отмечали васкуляризацию.
Полученные данные по восстановлению целостности кожного покрова свидетельствуют о том, что созданная репаративная композиция обладает высокой эффективностью ранозаживления, благодаря направленному росту регенерирующей ткани с поддержанием процессов васкуляризации. Разработанный биосовместимый коллаген-ламининовый ранозаживляющий материал, основанный на комбинации полимерной подложки и продукта синтеза кератиноцитов человека, при этом лишенный клеточной составляющей, отличается сравнительной простотой изготовления, длительностью срока хранения, что позволяет рекомендовать конструкцию к внедрению. Литература
1. Алексеева Н.Т. Морфологические особенности раневого процесса в коже при региональном лечебном воздействии. - дисс. на соиск. д.м.н. -
2015. -327 с.
2. Григорян А. С., Кругляков П. В. Применение в тканевой инженерии крупных сосудов трансплантантов на основе аутогенных мононуклеарных клеток костного мозга // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. - 2009. - Том IV.- К°3. _ с. 37-41.
3. Капорская А. Н., Синицына Т.Ю., Азизов И.Г. Создание биополимерных матриц для регенеративного тканегенеза. - Актуальные вопросы биомедицинской инженерии. Сборник материалов VI Всероссийской научной конференции для молодых ученых. - 2017. - С. 39.
4. Обзор рынка биотехнологий в России и оценка перспектив его развития, аналитический обзор компании «FrostandSullivan». - 2014. - 69 с.
5. Панарин Е. Ф., Нудьга Л. А., Петрова В. А., Бочек А. М., Гофман И. В, Лебедева М. Ф., Блинова М. И., Спичкина О. Г., Юдинцева Н. М., Пинаев Г. П. Матрицы для культивирования клеток кожи человека на основе природных полисахаридов - хитина и хитозана // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. - 2009. -Том IV. - N°3 - С. 42-46.
6. Шаповалова Е.Ю., Бойко Т.А., Барановский Ю.Г., Каракулькина О.А., Барановский А.Г. Оптимизация типа коллагена каркаса в биоинженерных конструкциях для заживления язв кожи с учетом эмбриогенеза кожи у эмбрионов человека // Вестник Уральской медицинской академической науки - 2014. - N° 5- С.107-110.
7. Gould L. J. Topical Collagen-Based Biomaterals for Chronic Wounds: Rationale and Clinical Application. // Advances in wound care (New Rochelle). -
2016. - Volume 5. - JST°1. - P. 19-31.
8. Meleshina A.V., Bystrova A.S., Rogovaya O.S., Vorotelyak E.A., Vasiliev A.V., Zagaynova E.V. Tissue-engineered skin constructs and application of stem cells for creation of skin equivalents (review). //Sovremennye tehnologii v medicine. - 2017 - 9(1) - P. 198 - 218.
9. Still J., Glat P., Silverstein P., Griswold J., Mozingo D. The use of a collagen sponge/living cell composite material to treat donor sites in bum patients. //Bums. - 2003 - 29(8) - P. 837-841.
10. Waymack P., Duff R.G., Sabolinski M. The effect of a tissue engineered bilayered living skin analog, over meshed split-thickness autografts on the healing of excised bum wounds. The Apligraf Bum Study Group. // Bums. - 2000 - 26(7) - P. 609-619.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ производства коллаген-ламининового матрикса для заживления язв, ожогов и ран кожи человека, включающий получение тканеинженерной раневой композиции при помощи сочетания методик экстрагирования коллагена из сухожилий хвоста крыс, формирования коллагеновых матриц, культивирования иммортализованных кератиноцитов кожи линии НаСаТ на коллагеновой подложке, отличающийся тем, что при помощи раствора детергентов SDS (до децил сульфат натрия) и Triton-X-100 (октилфенилполиоксиэтилен) проводится децеллюлирование (выведение клеток из конечного продукта) образованной коллагеновой пленки с сохранением на ее поверхности ламинина (основного белка базальной мембраны), синтезированного клетками линии НаСаТ.
PCT/RU2019/050029 2018-05-15 2019-03-20 Способ производства коллаген-ламининового матрикса для заживления язв, ожогов и ран кожи человека WO2019221639A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/250,058 US20210220518A1 (en) 2018-05-15 2019-03-20 Producing method of the collagen-laminin matrix for healing ulcers, burns and wounds of a human skin
CN201980032852.XA CN112118860B (zh) 2018-05-15 2019-03-20 用于治疗人体皮肤溃疡、烧伤以及创面的胶原蛋白-层粘连蛋白基质的生产方法
DE112019002479.5T DE112019002479B4 (de) 2018-05-15 2019-03-20 Verfahren zur herstellung einer kollagen-laminin-matrix zur heilung von hautgeschwüren, verbrennungen und wunden beim menschen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018117999A RU2736480C2 (ru) 2018-05-15 2018-05-15 Способ производства коллаген-ламининового матрикса для заживления язв, ожогов и ран кожи человека
RU2018117999 2018-05-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019221639A1 true WO2019221639A1 (ru) 2019-11-21

Family

ID=68540932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/050029 WO2019221639A1 (ru) 2018-05-15 2019-03-20 Способ производства коллаген-ламининового матрикса для заживления язв, ожогов и ран кожи человека

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210220518A1 (ru)
CN (1) CN112118860B (ru)
DE (1) DE112019002479B4 (ru)
RU (1) RU2736480C2 (ru)
WO (1) WO2019221639A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116019982A (zh) * 2023-03-13 2023-04-28 杭州华迈医疗科技有限公司 一种脱细胞真皮基质及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4485096A (en) * 1982-02-26 1984-11-27 Massachusetts Institute Of Technology Tissue-equivalent and method for preparation thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU5574101A (en) * 2000-04-28 2001-11-12 Univ Emory Decellularized vascular prostheses
JP2004262861A (ja) * 2003-03-03 2004-09-24 Naris Cosmetics Co Ltd 皮膚外用剤
JP2009542348A (ja) * 2006-07-07 2009-12-03 サーモディクス,インコーポレイティド 治癒前コーティングを備える、移植可能な医療物品
KR101833895B1 (ko) * 2016-01-29 2018-03-05 주식회사 바이오에프디엔씨 미코스포린―유사 아미노산을 함유한 창상 치유용 피부 외용제 조성물 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4485096A (en) * 1982-02-26 1984-11-27 Massachusetts Institute Of Technology Tissue-equivalent and method for preparation thereof

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AKHMEDOV SH. D. ET AL.: "Tkanevaia inzheneriia v eksperimentalnoi serdechno-sosudistoi khirurgii", KLETOCHNAIA TRANSPLANTOLOGIIA I TKANEVAIA INZHENERIIA, vol. 6, no. 1, 2011, pages 69 - 72 *
BOELSMA E. ET AL.: "Reconstruction of a human skin equivalent using a spontaneously transformed keratinocyte cell line (HaCaT).", JOURNAL OF INVESTIGATIVE DERMATOLOGY, 1999, pages 489 - 498, XP002213712 *
CHANDRAKASAN G. ET AL.: "Preparation of intact monomeric collagen from rat tail tendon and skin and the structure of the nonhelical ends in solution", JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 1976, pages 6062 - 6067, XP055529930 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018117999A (ru) 2019-11-15
CN112118860B (zh) 2024-10-18
CN112118860A (zh) 2020-12-22
DE112019002479T5 (de) 2021-03-04
DE112019002479B4 (de) 2021-12-30
RU2736480C2 (ru) 2020-11-17
RU2018117999A3 (ru) 2019-11-15
US20210220518A1 (en) 2021-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Loh et al. Development of a bacterial cellulose-based hydrogel cell carrier containing keratinocytes and fibroblasts for full-thickness wound healing
Zhang et al. Use of extracellular matrix hydrogel from human placenta to restore hair-inductive potential of dermal papilla cells
CN105999414B (zh) 制备人造微环境的方法及其应用
EP3326660B1 (en) A ready to use biodegradable and biocompatible artificial skin substitute and a method of preparation thereof
KR100298846B1 (ko) 중화키토산스폰지또는중화키토산/콜라겐혼합스폰지를이용한인공진피
US20200078492A1 (en) Process for obtaining a functional dermal substitute of decellurized amniotic membrane from the placenta combination with keratinocytes and its use as an agent for tissue regeneration of the skin
Anton-Sales et al. Bacterial nanocellulose and titania hybrids: cytocompatible and cryopreservable cell carriers
RU2483756C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМОГО КОМПОЗИТНОГО МАТРИКСА НА ОСНОВЕ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО ФИБРОИНА ШЕЛКА Bombyx mori И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
WO2021012677A1 (zh) 一种仿生的预脉管化材料及其制备方法和应用
CN107683148B (zh) 皮肤重建方法
Ríos-Galacho et al. An overview on the manufacturing of functional and mature cellular skin substitutes
KR101859654B1 (ko) 각막 탈세포화 세포외 기질을 함유하는 각막 유래 세포의 지지체 및 이를 포함하는 인공 각막 시트
Lee et al. Three-dimensional artificial skin construct bioprinted with a marine-based biocomposite
US20030202965A1 (en) Methods and compositions for the preparation of cell transplants
JPH06503735A (ja) 創傷用包帯剤およびその製造法
RU2736480C2 (ru) Способ производства коллаген-ламининового матрикса для заживления язв, ожогов и ран кожи человека
AU2015355187C1 (en) Methods for development and use of minimally polarized function cell micro-aggregate units in tissue applications using LGR4, LGR5 and LGR6 expressing epithelial stem cells
US20200282107A1 (en) Sterile clear concentrated solution of biocompatible collagen, process for the preparation and use thereof
JP2009518091A (ja) 非無機化(non‐mineralized)結合組織の工学のためのビブリオ・ディアボリカス(Vibriodiabolicus)種により分泌される多糖の使用
US20230069065A1 (en) Novel corneal tissues and methods of making the same
Shved et al. Interaction of cultured skin cells with the polylactide matrix coved with different collagen structural isoforms
RU2795904C1 (ru) Способ изготовления бесклеточного матрикса из пуповины человека для создания высокорегенеративного раневого покрытия
RU2817370C1 (ru) Матрикс адгезионный биоактивный для работы с культурами клеток и способ его применения
CN1327911C (zh) 组织工程表皮替代物及其制备方法
CA2682453C (en) Method for obtaining three-dimensional structures for tissue engineering

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19803371

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19803371

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1