Новый биосовместимый материал на основе модифицированного твердофазным методом хитозана для лазерной стереолитографии

Цель исследования — разработка нового биодеградируемого материала на основе хитозана, синтезированного твердофазным способом, а также создание на его основе трехмерных биосовместимых матриц-носителей клеток методом лазерной стерео­литографии.

Материалы и методы. Реакционно-способные системы создавали на основе хитозана с привитыми твердофазным методом аллильными группами, полиэтиленгликоля диакрилата и фотоинициатора Irgacure 2959. Структуры получали на установке лазерной стереолитографии ЛС-120 (ИПЛИТ РАН, Россия).

Результаты. Установлено, что частичное замещение аминогрупп хитозана аллильными группами (ХТ-А) и введение в качестве сшивающего агента полиэтиленгликоля диакрилата (ПЭГ-ДА) не снижает биосовместимости материала. Определение метаболической активности клеток линии NCTC L929 с использованием МТТ-теста показало, что исследуемые образцы материалов на основе ХТ-А и ХТ-А со сшивающим агентом ПЭГ-ДА не содержат токсичных для клеток млекопитающих водорастворимых компонентов. Они являются биосовместимыми, поддерживают адгезию, распластывание и пролиферативную активность мезенхимальных стволовых клеток человека, но имеют существенные различия в степени и характере активации экспрессии генов-маркеров дифференцировки по остео­генному пути.

1. Regenerative Medicine. Editor by Steinhoff G. Springer Science+Business Media B.V.; 2011; 1032 p., http://dx.doi.org/10.1007/978-90-481-9075-1.
2. Lam C.X.F., Moa X.M., Teoh S.H., Hutmacher D.W. Scaffold development using 3D printing with a starch-based polymer. Materials Science and Engineering: C 2002 May; 20(1–2): 49–56, http://dx.doi.org/10.1016/S0928-4931(02)00012-7.
3. Chumnanklang R., Panyathanmaporn T., Sitthiseripratip K., Suwanprateeb J. 3D printing of hydroxyapatite: effect of binder concentration in pre-coated particle on part strength. Materials Science and Engineering: C 2007 May; 27(4): 914–921, http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2006.11.004.
4. Mankovich N.J., Samson D., Pratt W., Lew D., Beumer J. Surgical planning using three-dimensional imaging and computer modeling. Otolaryng Clin North Am 1994 Oct; 27(5): 875–889.
5. Koroleva A., Kufelt O., Schlie-Wolter S., Hinze U., Chichkov B. Laser microstructured biodegradable scaffolds. Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering 2013 Oct; 58(5): 399–405, http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2013-0036.
6. Leach J.B., Bivens K.A., Collins C.N., Schmidt C.E. Development of photocrosslinkable hyaluronic acid polyethylene glycol-peptide composite hydrogels for soft tissue engineering. J Biomed Mater Res A 2004 Jul; 70A(1): 74–82, http://dx.doi.org/10.1002/jbm.a.30063.
7. Koroleva A., Gittard S., Schlie S., Deiwick A., Jockenhoevel S., Chichkov B. Fabrication of fibrin scaffolds with controlled microscale architecture by a two-photon polymerization–micromolding technique. Biofabrication 2012 Mar; 4(1): 015001, http://dx.doi.org/10.1088/1758-5082/4/1/015001.
8. Prut E.V., Zelenetskii A.N. Chemical modification and blending of polymers in an extruder reactor. Russian Chemical Reviews 2001; 70(1): 65–79, http://dx.doi.org/10.1070/RC2001v070n01ABEH000624.
9. Акопова Т.А., Роговина С.З., Вихорева Г.А., Зе­ленецкий С.Н., Гальбрайх Л.С., Ениколопов Н.С. Образование хитозана из хитина в условиях сдвиговых деформаций. Высокомолекулярные соединения. Серия Б 1991; 32(10): 735–737.
10. Filippov Ya.Yu., Larionov D.S., Putlyaev V.I., Sokolov A.V., Koval’kov V.K., Agakhi K.A., Selezneva I.I., Nikonova Yu.A. Reaction-associated resorbable phosphate materials: production and testing in vitro. Glass & Ceramics 2013 Nov; 70(7–8): 306–310, http://dx.doi.org/10.1007/s10717-013-9568-8.
11. Селезнева И.И., Савинцева И.В., Вихлянцева Е.Ф., Давыдова Г.А., Гаврилюк Б.К. Иммобилизация и длительное культивирование эмбриональных стволовых клеток мыши в матриксе коллаген-хитозанового геля. Клеточные технологии в биологии и медицине 2006; 3: 135–140.
12. Twine N.A., Chen L., Pang C.N., Wilkins M.R., Kassem M. Identification of differentiation-stage specific markers that define the ex vivo osteoblastic phenotype. Bone 2014 Oct; 67: 23–32, http://dx.doi.org/10.1016/j.bone.2014.06.027.
13. Ho N.C., Jia L., Driscoll C.C., Gutter E.M., Francomano C.A. A skeletal gene database. J Bone Miner Res 2000 Nov; 15(11): 2095–2122, http://dx.doi.org/10.1359/jbmr.2000.15.11.2095.
14. Нудьга Л.А., Петрова В.А., Денисов В.М., Петропавловский Г.А. Алкилирование хитозана. Журнал прикладной химии 1991; 64(1): 229–232.
15. Xia Y., Guo T., Zhao H., Song M., Zhang B., Zhang  B. A novel solid phase for selective separation of flavonoid compounds. J Sep Sci 2007 Jun; 30(9): 1300–1306, http://dx.doi.org/10.1002/jssc.200600376.
16. Kerker J.T., Leo A.J., Sgaglione N.A. Cartilage repair: synthetics and scaffolds: basic science, surgical techniques, and clinical outcomes. Sports Med Arthrosc 2008; 16(4): 208–216, http://dx.doi.org/10.1097/JSA.0b013e31818cdbaa.
17. Tollar M., štol M., Kliment K. Surgical suture materials coated with a layer of hydrophilic Hydron gel. J Biomed Mater Res 1969 Jun; 3(2): 305–313, http://dx.doi.org/10.1002/jbm.820030210.

Timashev P.S., Bardakova K.N., Demina Т.S., Pudovkina G.I., Novikov М.М., Markov М.А., Asyutin D.S., Pimenova L.F., Svidchenko Е.А., Ermakov А.М., Selezneva I.I., Popov V.К., Konovalov N.А., Akopova Т.А., Solovieva А.B., Panchenko V.Ya., Bagratashvili V.N. Novel Biocompatible Material Based on Solid-State Modified Chitosan for Laser Stereolithography. Sovremennye tehnologii v medicine 2015; 7(3): 20, https://doi.org/10.17691/stm2015.7.3.03