Логотип
Главная Коллектив Научная работа Контакты Версия для смартфонов
Проекты
Грант РНФ № 20-64-47008
от 28 мая 2020 г.

«Исследование способов улучшения пьезоэлектрических свойств биомате- риалов на основе полиоксиалканоатов для контролируемого воздействия на живые клетки и ткани»




Грант РФФИ (международный, Бел_а) № 20-54-00021 от 24.04.2020 г.

«Создание микроструктурированных плёнок природного поли-3-оксибутирата и исследование их биологической активности на клеточных культурах»

Первый этап


Грант РФФИ № 18-29-09099 от 20.11.2019 г.

«Разработка биоинженерной иссле- довательской модели для ранней диагностики рака головы и шеи»




Грант РНФ № 20-64-47008 от 28 мая 2020 г.

«Исследование способов улучшения пьезоэлектрических свойств биоматериалов на основе полиоксиалканоатов для контролируемого воздействия на живые клетки и ткани»

Материал, в научно-популярной форме (в изложении, доступном для широкой аудитории) иллюстрирующий основные результаты проекта

Новые клеточные технологии, такие как тканевая инженерия, связаны с культивированием клеток на различных полимерных конструкциях. Поэтому влияние структуры полимерной поверхности на рост и функциональную активность клеток человека является актуальной научной задачей в клеточной биологии и биоинженерии. Этот проект является междисциплинарным и международным, проводится совместно с научным коллективом Института Новых Материалов НАН Белоруссии.

Все больше данных свидетельствуют о том, что поверхность является не только «пассивным» субстратом для прикрепления и роста клеток, но ее нано- и микроструктура способны активно влиять на функционирование клеток, например, изменяя скорость их роста или превращения в другие типы клеток. Соответственно, регулируя нано- и микроструктуру поверхности полимерной подложки, можно контролировать основные физиологические параметры роста и трансформации клеток. В подавляющем большинстве научных работ исследование влияния структуры поверхности на жизнеспособность, перемещение, рост и развитие клеток различных типов проводится при их культивировании на структурированной поверхности с искусственно-сконструированной поверхностью, например, в виде регулярно расположенных столбиков, ямок или в виде полосок. Между тем, нано- и микроструктура природных веществ (прежде всего, полимеров), которые образуют различные поверхности органов млекопитающих (слизистые, внутренние структуры костной и хрящевой ткани, внутренняя поверхность сосудов, внешние поверхности сосудов и нервов) играют большую роль в регуляции передвижения, роста и преобразования различных клеток в организме человека и млекопитающих. В полной мере это относится и к природному полимеру, поли-3-оксибутирату (ПОБ), который является предшественником целого класса биоразлагаемых и биосовместимых полимеров – полиоксиалканоатов, широко используемых в медицине для изготовления имплантируемых медицинских изделий, в фармацевтике для получения новых лекарственных форм, а также для получения конструкций для тканевой инженерии. Будучи структурированным, этот биополимер при получении из него тонких пленок способен образовывать различные микроструктуры на их поверхности, что является замечательным инструментом для создания новых геометрических элементов, способных влиять на рост и развитие клеток, выращиваемых на них, если уметь управлять формированием таких поверхностных структур. Оригинальная методика контролируемого биосинтеза ПОБ и его сополимеров с заданной химической структурой и физико-химическими свойствами, прежде всего, степенью кристалличности и оригинальный метод «самоорганизации» микрокапель воды позволяют биополимеру проявлять присущие ему естественные микроструктуры при одновременной возможности управлять их основными характеристиками (например, линейным размером). Вместе с получением пленок с искусственной структурой поверхности такая комбинированная технология даст возможность выяснить, обладает ли биологической активностью по отношению к культивируемым клеткам полимерная поверхность с регулируемой «естественной» или искусственной структурой.

На первом этапе Проекта методом контролируемого биосинтеза были получены поли-3-оксибутират различной химической структуры. Кроме того, были закуплены химически синтезируемые полимеры высокой чистоты для биомедицинского применения: поли-L-лактиды различной молекулярной массы, поли-D,L-лактид и поли-ε-капролактон. Исследование их физико-химических свойств показало, что полученные путем биосинтеза и закупленные химически синтезированные ПОА значительно различаются, как по своей химической структуре и молекулярной массе, так и по своим термофизическим свойствам, прежде всего, по степени кристалличности, но не по гидрофильности. Наиболее различающиеся по своему химическому составу, молекулярной массе и кристалличности полимеры были отправлены коллегам по Проекту в Институт Новых Материалов НАН Белоруссии по почте и с командируемым сотрудником для получения ими микроструктурированных пленок из этих полимеров. В ходе стажировки были освоены методы получения микроструктурированных пленок с искусственной структурой поверхности и с «естественно-организованной» поверхностью методом самоорганизации капель воды. Были получены пленки из синтезированных биополимеров различного состава широкого спектра по размеру и строению пор. Оказалось, что «рисунок» структуры полимерной поверхности, получаемой методом самоорганизации, зависит от химической структуры полимеров. Т.е. природные биополимеры проявляют свой «характер» через уникальную «графику» поверхности пленок из них. Часть полученных образцов микроструктурированных пленок были переправлены в Москву для культивирования на них клеток с целью выяснить, могут ли эти «рисунки» влиять на рост клеток.

Были отработаны методы культивирования и исследования пролиферации клеток млекопитающих различных типов на пленках из ПОБ. В работе использовались мезенхимальные стволовые клетки, выделенные из костного мозга крыс, фибробласты мыши, фибробласты зеленой мартышки, а также опухолевые клетки рака гортани человека. Сначала были отработаны методы выращивания фибробластов на полимерных пленках из ПОБ, полилактида и их композита, которые подверглись различной степени ферментативной деградации. В ходе деградации произошли изменения, как физико-химических свойств, так и морфологии полимерных пленок, поэтому это явилось хорошей моделью для анализа роста фибробластов на полимерных пленок с различной гидрофильностью и морфологией поверхности. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Polymers. Были получены также предварительные результаты роста стволовых клеток на пленках из ПОБ с различной искусственной структурой поверхности в виде регулярно расположенных столбиков и полосок, а также с саморганизованной структурой. Оказалось, что стволовые клетки растут на пленках, с поверхностью в виде столбиков внешне неупорядоченно, а на поверхности в виде полосок они вытягиваются вдоль них. Это открывает возможности для создания биологически-активных поверхностей.

Создание таких биологически активных полимерных поверхностей необходимо как для создания медицинских изделий с биологически активной полимерной поверхностью для повышения эффективности их терапевтического действия, так и для экспериментального моделирования различных процессов в организме: регенерации тканей, развития фиброза или роста опухоли для испытания новых лекарств и диагностических средств.


Назад

Грант РФФИ (международный, Бел_а) № 20-54-00021 от 24.04.2020 г.

«Создание микроструктурированных плёнок природного поли-3-оксибутирата и исследование их биологической активности на клеточных культурах»

Новые клеточные технологии, такие как тканевая инженерия, связаны с культивированием клеток на различных полимерных конструкциях. Поэтому влияние структуры полимерной поверхности на рост и функциональную активность клеток человека является актуальной научной задачей в клеточной биологии и биоинженерии. Этот проект является междисциплинарным и международным, проводится совместно с научным коллективом Института Новых Материалов НАН Белоруссии.

Все больше данных свидетельствуют о том, что поверхность является не только «пассивным» субстратом для прикрепления и роста клеток, но ее нано- и микроструктура способны активно влиять на функционирование клеток, например, изменяя скорость их роста или превращения в другие типы клеток. Соответственно, регулируя нано- и микроструктуру поверхности полимерной подложки, можно контролировать основные физиологические параметры роста и трансформации клеток. В подавляющем большинстве научных работ исследование влияния структуры поверхности на жизнеспособность, перемещение, рост и развитие клеток различных типов проводится при их культивировании на структурированной поверхности с искусственно-сконструированной поверхностью, например, в виде регулярно расположенных столбиков, ямок или в виде полосок. Между тем, нано- и микроструктура природных веществ (прежде всего, полимеров), которые образуют различные поверхности органов млекопитающих (слизистые, внутренние структуры костной и хрящевой ткани, внутренняя поверхность сосудов, внешние поверхности сосудов и нервов) играют большую роль в регуляции передвижения, роста и преобразования различных клеток в организме человека и млекопитающих. В полной мере это относится и к природному полимеру, поли-3-оксибутирату (ПОБ), который является предшественником целого класса биоразлагаемых и биосовместимых полимеров – полиоксиалканоатов, широко используемых в медицине для изготовления имплантируемых медицинских изделий, в фармацевтике для получения новых лекарственных форм, а также для получения конструкций для тканевой инженерии. Будучи структурированным, этот биополимер при получении из него тонких пленок способен образовывать различные микроструктуры на их поверхности, что является замечательным инструментом для создания новых геометрических элементов, способных влиять на рост и развитие клеток, выращиваемых на них, если уметь управлять формированием таких поверхностных структур. Оригинальная методика контролируемого биосинтеза ПОБ и его сополимеров с заданной химической структурой и физико-химическими свойствами, прежде всего, степенью кристалличности и оригинальный метод «самоорганизации» микрокапель воды позволяют биополимеру проявлять присущие ему естественные микроструктуры при одновременной возможности управлять их основными характеристиками (например, линейным размером). Вместе с получением пленок с искусственной структурой поверхности такая комбинированная технология даст возможность выяснить, обладает ли биологической активностью по отношению к культивируемым клеткам полимерная поверхность с регулируемой «естественной» или искусственной структурой.


Назад

Грант РФФИ (международный, Бел_а) № 20-54-00021 от 24.04.2020 г.

«Создание микроструктурированных плёнок природного поли-3-оксибутирата и исследование их биологической активности на клеточных культурах»

Материал, в научно-популярной форме (в изложении, доступном для широкой аудитории) иллюстрирующий основные результаты проекта

Новые клеточные технологии, такие как тканевая инженерия, связаны с культивированием клеток на различных полимерных конструкциях. Поэтому влияние структуры полимерной поверхности на рост и функциональную активность клеток человека является актуальной научной задачей в клеточной биологии и биоинженерии. Этот проект является междисциплинарным и международным, проводится совместно с научным коллективом Института Новых Материалов НАН Белоруссии.

Все больше данных свидетельствуют о том, что поверхность является не только «пассивным» субстратом для прикрепления и роста клеток, но ее нано- и микроструктура способны активно влиять на функционирование клеток, например, изменяя скорость их роста или превращения в другие типы клеток. Соответственно, регулируя нано- и микроструктуру поверхности полимерной подложки, можно контролировать основные физиологические параметры роста и трансформации клеток. В подавляющем большинстве научных работ исследование влияния структуры поверхности на жизнеспособность, перемещение, рост и развитие клеток различных типов проводится при их культивировании на структурированной поверхности с искусственно-сконструированной поверхностью, например, в виде регулярно расположенных столбиков, ямок или в виде полосок. Между тем, нано- и микроструктура природных веществ (прежде всего, полимеров), которые образуют различные поверхности органов млекопитающих (слизистые, внутренние структуры костной и хрящевой ткани, внутренняя поверхность сосудов, внешние поверхности сосудов и нервов) играют большую роль в регуляции передвижения, роста и преобразования различных клеток в организме человека и млекопитающих. В полной мере это относится и к природному полимеру, поли-3-оксибутирату (ПОБ), который является предшественником целого класса биоразлагаемых и биосовместимых полимеров – полиоксиалканоатов, широко используемых в медицине для изготовления имплантируемых медицинских изделий, в фармацевтике для получения новых лекарственных форм, а также для получения конструкций для тканевой инженерии. Будучи структурированным, этот биополимер при получении из него тонких пленок способен образовывать различные микроструктуры на их поверхности, что является замечательным инструментом для создания новых геометрических элементов, способных влиять на рост и развитие клеток, выращиваемых на них, если уметь управлять формированием таких поверхностных структур. Оригинальная методика контролируемого биосинтеза ПОБ и его сополимеров с заданной химической структурой и физико-химическими свойствами, прежде всего, степенью кристалличности и оригинальный метод «самоорганизации» микрокапель воды позволяют биополимеру проявлять присущие ему естественные микроструктуры при одновременной возможности управлять их основными характеристиками (например, линейным размером). Вместе с получением пленок с искусственной структурой поверхности такая комбинированная технология даст возможность выяснить, обладает ли биологической активностью по отношению к культивируемым клеткам полимерная поверхность с регулируемой «естественной» или искусственной структурой.

На первом этапе Проекта методом контролируемого биосинтеза были получены поли-3-оксибутират различной химической структуры. Кроме того, были закуплены химически синтезируемые полимеры высокой чистоты для биомедицинского применения: поли-L-лактиды различной молекулярной массы, поли-D,L-лактид и поли-ε-капролактон. Исследование их физико-химических свойств показало, что полученные путем биосинтеза и закупленные химически синтезированные ПОА значительно различаются, как по своей химической структуре и молекулярной массе, так и по своим термофизическим свойствам, прежде всего, по степени кристалличности, но не по гидрофильности. Наиболее различающиеся по своему химическому составу, молекулярной массе и кристалличности полимеры были отправлены коллегам по Проекту в Институт Новых Материалов НАН Белоруссии по почте и с командируемым сотрудником для получения ими микроструктурированных пленок из этих полимеров. В ходе стажировки были освоены методы получения микроструктурированных пленок с искусственной структурой поверхности и с «естественно-организованной» поверхностью методом самоорганизации капель воды. Были получены пленки из синтезированных биополимеров различного состава широкого спектра по размеру и строению пор. Оказалось, что «рисунок» структуры полимерной поверхности, получаемой методом самоорганизации, зависит от химической структуры полимеров. Т.е. природные биополимеры проявляют свой «характер» через уникальную «графику» поверхности пленок из них. Часть полученных образцов микроструктурированных пленок были переправлены в Москву для культивирования на них клеток с целью выяснить, могут ли эти «рисунки» влиять на рост клеток.

Были отработаны методы культивирования и исследования пролиферации клеток млекопитающих различных типов на пленках из ПОБ. В работе использовались мезенхимальные стволовые клетки, выделенные из костного мозга крыс, фибробласты мыши, фибробласты зеленой мартышки, а также опухолевые клетки рака гортани человека. Сначала были отработаны методы выращивания фибробластов на полимерных пленках из ПОБ, полилактида и их композита, которые подверглись различной степени ферментативной деградации. В ходе деградации произошли изменения, как физико-химических свойств, так и морфологии полимерных пленок, поэтому это явилось хорошей моделью для анализа роста фибробластов на полимерных пленок с различной гидрофильностью и морфологией поверхности. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Polymers. Были получены также предварительные результаты роста стволовых клеток на пленках из ПОБ с различной искусственной структурой поверхности в виде регулярно расположенных столбиков и полосок, а также с саморганизованной структурой. Оказалось, что стволовые клетки растут на пленках, с поверхностью в виде столбиков внешне неупорядоченно, а на поверхности в виде полосок они вытягиваются вдоль них. Это открывает возможности для создания биологически-активных поверхностей.

Создание таких биологически активных полимерных поверхностей необходимо как для создания медицинских изделий с биологически активной полимерной поверхностью для повышения эффективности их терапевтического действия, так и для экспериментального моделирования различных процессов в организме: регенерации тканей, развития фиброза или роста опухоли для испытания новых лекарств и диагностических средств.


Назад