Зависимость биологических свойств скаффолдов из фиброина шелка и желатина от состава и технологии изготовления

Цель исследования — сравнение биологических свойств скаффолдов из фиброина шелка и желатина в зависимости от способа их получения и состава субстрата.

Материалы и методы. Методами электроспиннинга и полива были изготовлены скаффолды из фиброина шелка и желатина, а также композитов с различным массовым соотношением фиброина и желатина. Изучение структуры изделий проведено методами световой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии, лазерной конфокальной сканирующей микроскопии. Для проверки биосовместимости полученных изделий была изучена активность адгезии и пролиферации культуры мышиных фибробластов линии 3Т3 на их поверхности.

Результаты. Подобраны оптимальные параметры получения волокна из растворов фиброина шелка и желатина. Показано, что пролиферативная активность фибробластов 3Т3 на скаффолдах, изготовленных методом электроспиннинга, выше, чем на пленках, полученных методом полива. Добавление желатина в состав скаффолда увеличивает пролиферацию клеток.

Заключение. Композитные скаффолды, полученные методом электроспиннинга из фиброина шелка с желатином в соотношении 1:3 по массе, обладают большей способностью поддерживать пролиферацию фибробластов 3Т3, чем скаффолды из чистых полимеров.

1. Vepari C., Kaplan D.L. Silk as a biomaterial. Prog Polym Sci 2007; 32(8–9), 99–1007, http://dx.doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2007.05.013.
2. Kasoju N., Bora U. Silk fibroin based biomimetic artificial extracellular matrix for hepatic tissue engineering applications. Biomed Mater 2012; 7(4): 045004, http://dx.doi.org/10.1088/1748-6041/7/4/045004.
3. Kim U.J., Park J., Kim H.J., Wada M., Kaplan D.L. Three dimensional aqueous-derived biomaterial scaffold from silk fibroin. Biomaterials 2005; 26(15): 2775–2785, http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.07.044.
4. Baran E.T., Tuzlakoğlu K., Mano J.F., Reis R.L. Enzymatic degradation behavior and cytocompatibility of silk fibroin–starch–chitosan conjugate membranes. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2012; 32(6): 1314–1322, http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2012.02.015.
5. Moisenovich M.M., Arkhipova A.Y., Orlova A.A., Drutskaya M.S., Volkova S.V., Zacharov S.E., Agapov I.I., Kirpichnikov M.P. Composite scaffolds containing silk fibroin, gelatin, and hydroxyapatite for bone tissue regeneration and 3D cell culturing. Acta Naturae 2014; 6(1): 96–101.
6. Agapov I.I., Moisenovich M.M., Druzhinina T.V., Kamenchuk Y.A., Trofimov K.V., Vasilyeva T.V., Konkov A.S., Arhipova A.Y., Sokolova O.S., Guzeev V.V., Kirpichnikov M.P. Biocomposite scaffolds containing regenerated silk fibroin and nanohydroxyapatite for bone tissue regeneration. Dokl Biochem Biophys 2011; 440: 228–230, http://dx.doi.org/10.1134/s1607672911050103.
7. Ramakrishna S., Fujihara K., Teo W.E., Lim T.C., Ma Z. An introduction to electrospinning and nanofibers. Singapore: World Scientific; 2005, http://dx.doi.org/10.1142/9789812567611.
8. Hu Z., Ma Z., Peng M., He X., Zhang H., Li Y., Qiu J. Composite film polarizer based on the oriented assembly of electrospun nanofibers. Nanotechnology 2016; 27(13): 135301, http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/27/13/135301.
9. Vasita R., Katti D.S. Nanofibers and their applications in tissue engineering. Int J Nanomedicine 2006, 1(1): 15–30, http://dx.doi.org/10.2147/nano.2006.1.1.15.
10. Orr S.B., Chainani A., Hippensteel K.J., Kishan A., Gilchrist C., Garrigues N.W., Ruch D.S., Guilak F., Little D. Aligned multilayered electrospun scaffolds for rotator cuff tendon tissue engineering. Acta Biomater 2015; 24: 117–126, http://dx.doi.org/10.1016/j.actbio.2015.06.010.
11. Braghirolli D.I., Steffens D., Pranke P. Electrospinning for regenerative medicine: a review of the main topics. Drug Discov Today 2014; 19(6): 743–753, http://dx.doi.org/10.1016/j.drudis.2014.03.024.
12. Zhou J., Cao C., Ma X., Lin J. Electrospinning of silk fibroin and collagen for vascular tissue engineering. Int J Biol Macromol 2010; 47(4): 514–519, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2010.07.010.
13. Catto V., Farè S., Cattaneo I., Figliuzzi M., Alessandrino A., Freddi G., Remuzzi A., Tanzi M.C. Small diameter electrospun silk fibroin vascular grafts: mechanical properties, in vitro biodegradability, and in vivo biocompatibility. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2015; 54: 101–111, http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2015.05.003.
14. Elsayed Y., Lekakou C., Labeed F., Tomlins P. Fabrication and characterisation of biomimetic, electrospun gelatin fibre scaffolds for tunica media-equivalent, tissue engineered vascular grafts. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2015; 61: 473–483, http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2015.12.081.
15. Moroni L., Schotel R., Sohier J., de Wijn J.R., van Blitterswijk C.A. Polymer hollow fiber three-dimensional matrices with controllable cavity and shell thickness. Biomaterials 2006; 27(35): 5918–5926, http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2006.08.015.
16. Lu S., Wang P., Zhang F., Zhou X., Zuo B., You X., Gao Y., Liu H., Tang H. A novel silk fibroin nanofibrous membrane for guided bone regeneration: a study in rat calvarial defects. Am J Transl Res 2015; 7(11): 2244–2253.
17. Katoch A., Choi S.W., Sun G.J., Kim H.W., Kim S.S. Mechanism and prominent enhancement of sensing ability to reducing gases in p/n core-shell nanofiber. Nanotechnology 2014; 25(17): 175501, http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/25/17/175501.
18. Xu T., Miszuk J.M., Zhao Y., Sun H., Fong H. Electrospun polycaprolactone 3D nanofibrous scaffold with interconnected and hierarchically structured pores for bone tissue engineering. Adv Healthc Mater 2015; 4(15): 2238–2246, http://dx.doi.org/10.1002/adhm.201570089.
19. Felsenfeld D.P., Choquet D., Sheetz P. Ligand binding regulates the directed movement of β1 integrins on fibroblasts. Nature 1996; 383(6599): 438–440, http://dx.doi.org/10.1038/383438a0.
20. Perez R.A., Mestres G. Role of pore size and morphology in musculo-skeletal tissue regeneration. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2016; 61: 922–939, http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2015.12.087.
21. Abercombie M. Contact inhibition in tissue culture. In Vitro 1970; 6(2): 128–142, http://dx.doi.org/10.1007/bf02616114.
22. Мойсенович М.М., Куликов Д.А., Архипова А.Ю., Ма­лю­ченко Н.В., Котлярова М.С., Гончаренко А.В., Куликов А.В., Машков А.Е., Агапов И.И., Палеев Ф.Н., Свистунов А.А., Кирпичников М.П. Фундаментальные основы использования биорезорбируемых микроно­сителей на основе фиброина шелка в терапевтической практике на примере регенерации кожи. Терапевтический архив 2015; 87(12): 66–72.
23. Vatankhah E., Prabhakaran M.P., Semnani D., Razavi S., Morshed M., Ramakrishna S. Electrospun tecophilic/gelatin nanofibers with potential for small diameter. Biopolymers 2014; 101(12): 1165–1180, http://dx.doi.org/10.1002/bip.22524.
24. Hiraoka Y., Kimura Y., Ueda H., Tabata Y. Fabrication and biocompatibility of collagen sponge reinforced with poly(glycolic acid) fiber. Tissue Eng 2003; 9(6): 1101–1112, http://dx.doi.org/10.1089/10763270360728017.
25. Li D., Ye Y., Li D., Li X., Mu C. Biological properties of dialdehyde carboxymethyl cellulose crosslinked gelatin–PEG composite hydrogel fibers for wound dressings. Carbohydr Polym 2016; 137: 508–514, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.11.024.
26. Panas-Perez E., Gatt C.J., Dunn M.G. Development of a silk and collagen fiber scaffold for anterior cruciate ligament reconstruction. J Mater Sci Mater Med 2014; 24(1): 257–265, http://dx.doi.org/10.1007/s10856-012-4781-5.
27. Guan L., Tian P., Ge H., Tang X., Zhang H., Du L., Liu P. Chitosan-functionalized silk fibroin 3D scaffold for keratocyte culture. J Mol His 2013; 44(5): 609–618, http://dx.doi.org/10.1007/s10735-013-9508-5.
28. Poursamar S.A., Hatami J., Lehner A.N., da Silva C.L., Ferreira F.C., Antunes A.P. Gelatin porous scaffolds fabricated using a modified gas foaming technique: characterisation and cytotoxicity assessment. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2015; 48: 63–70, http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2014.10.074.
29. Moisenovich M.M., Pustovalova O.L., Arhipova A.Y., Vasiljeva T.V., Sokolova O.S., Bogush V.G., Debabov V.G., Sevastianov V.I., Kirpichnikov M.P., Agapov I.I. In vitro and in vivo biocompatibility studies of a recombinant analogue of spidroin 1 scaffolds. J Biomed Mater Res A 2011; 96(1): 125–131, http://dx.doi.org/10.1002/jbm.a.32968
30. Moisenovich M.M., Malyuchenko N.V., Arkhipova A.Y., Goncharenko A.V., Kotlyarova M.S., Davydova L.I., Vasil’evaa T.V., Bogush V.G., Agapov I.I., Debabov V.G., Kirpichnikov M.P. Novel 3D-microcarriers from recombinant spidroin for regenerative medicine. Dokl Biochem Biophys 2016; 463(1): 232–235, http://dx.doi.org/10.1134/s1607672915040109.

Sokolova A.I., Bobrova M.M., Safonova L.A., Agapova O.I., Moisenovich M.M., Agapov I.I. The Relation of Biological Properties of the Silk Fibroin/Gelatin Scaffolds with the Composition and Fabrication Technology. Sovremennye tehnologii v medicine 2016; 8(3): 6, https://doi.org/10.17691/stm2016.8.3.01