Биодеградируемые скаффолды на основе полилактида, сформированные методом двухфотонной полимеризации, в нейротрансплантации

Цель исследования — формирование биодеградируемых микроструктур методом двухфотонной полимеризации, совместимых с прогениторными нейрональными клетками, для использования в нейротрансплантации.

Материалы и методы. Фотополимеризуемые композиции получали на основе разветвленных полилактидов с использованием фотоинициатора — кетона Михлера. Структуры были сформированы методом двухфотонной полимеризации на установке микростереолитографии.

Результаты. С использованием реакционноспособных полилактидов методом двухфотонной полимеризации сформированы трехмерные структуры с высоким пространственным разрешением. Поверхность сформированных матриц-носителей представляет собой структуру с высокой степенью шероховатости (средняя шероховатость — 1 мкм). Установлено, что разработанные структуры обладают высокой биосовместимостью с первичными культурами гиппокампа, что предполагает их применение в качестве матриц-носителей для клеток нервной системы. Диссоциированные клетки гиппокампа хорошо адгезируют с материалом матрицы, происходит активный рост аксонов и дендритов, к 10-му дню культивирования in vitro на трехмерном конструкте визуализируется хорошо разветвленная нейрон-глиальная сеть.

1. Huling J., Ko I.K., Atala A., Yoo J.J. Fabrication of biomimetic vascular scaffolds for 3D tissue constructs using vascular corrosion casts. Acta Biomater 2016; 32: 190–197, https://doi.org/10.1016/j.actbio.2016.01.005.
2. Kuznetsova D.S., Timashev P.S., Bagratashvili V.N., Zagaynova Е.V. Scaffold- and cell system-based bone grafts in tissue engineering (review). Sovremennye tehnologii v medicine 2014; 6(4): 201–212.
3. Kuznetsova D.S., Timashev P.S., Dudenkova V.V., Meleshina A.V., Antonov E.A., Krotova L.I., Popov V.K., Bagratashvili V.N., Zagaynova E.V. Comparative analysis of proliferation and viability of multipotent mesenchymal stromal cells in 3D scaffolds with different architectonics. Bull Exp Biol Med 2016; 160(4): 535–541, https://doi.org/10.1007/s10517-016-3214-8.
4. Tripathi G., Basu B. A porous hydroxyapatite scaffold for bone tissue engineering: physico-mechanical and biological evaluations. Ceramics International 2012; 38(1): 341–349.
5. Gittard S.D., Nguyen A., Obata K., Koroleva A., Narayan R.J., Chichkov B.N. Fabrication of microscale medical devices by two-photon polymerization with multiple foci via a spatial light modulator. Biomed Opt Express 2011; 2(11): 3167–3178, https://doi.org/10.1364/BOE.2.003167.
6. Ovsianikov A., Malinauskas M., Schlie S., Chichkov B., Gittard S., Narayan R., Löbler M., Sternberg K., Schmitz K.-P., Haverich A. Three-dimensional laser micro- and nano-structuring of acrylated poly(ethylene glycol) materials and evaluation of their cytoxicity for tissue engineering applications. Acta Biomater 2011; 7(3): 967–974, https://doi.org/10.1016/j.actbio.2010.10.023.
7. Gittard S.D., Koroleva A., Nguyen A., Fadeeva E., Gaidukeviciute A., Schlie S., Narayan R.J., Chichkov B. Two-photon polymerization microstructuring in regenerative medicine. Front Biosci (Elite Ed) 2013; 5: 602–609, https://doi.org/10.2741/E642.
8. Sabir M.I., Xu X., Li L. A review on biodegradable polymeric materials for bone tissueengineering applications. J Mater Sci 2009; 44(21): 5713–5724, https://doi.org/10.1007/s10853-009-3770-7.
9. Timashev P., Kuznetsova D., Koroleva A., Prodanets N., Deiwick A., Piskun Y., Bardakova K., Dzhoyashvili N., Kostjuk S., Zagaynova E., Rochev Y., Chichkov B., Bagratashvili V. Novel biodegradable star-shaped polylactide scaffolds for bone regeneration fabricated by two-photon polymerization. Nanomedicine 2016; 11(9): 1041–1053, https://doi.org/10.2217/nnm-2015-0022.
10. Biran R., Martin D.C., Tresco P.A. Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays. Exp Neurol 2005; 195(1): 115–126, https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2005.04.020.
11. Williams J.C., Hippensteel J.A., Dilgen J., Shain W., Kipke D.R. Complex impedance spectroscopy for monitoring tissue responses to inserted neural implants. J Neural Eng 2007; 4(4): 410–423, https://doi.org/10.1088/1741-2560/4/4/007.
12. Timashev P.S., Vedunova M.V., Guseva D., Ponimaskin E., Deiwick A., Mishchenko T.A., Mitroshina E.V., Koroleva A.V., Pimashkin A.S., Mukhina I.V., Panchenko V.Ya., Chichkov B.N., Bagratashvili V.N. 3D in vitro platform produced by two-photon polymerization for the analysis of neural network formation and function. Biomed Phys Eng Express 2016; 2(3), https://doi.org/10.1088/2057-1976/2/3/035001.
13. Timashev P.S., Bardakova K.N., Minaev N.V., Demina T.S., Mishchenko T.A., Mitroshina E.V., Akovantseva A.A., Koroleva A.V., Asyutin D.S., Pimenova L.F., Konovalov N.A., Akopova T.A., Solov’eva A.B., Mukhina I.V., Vedunova M.V., Chichkov B.N., Bagratashvilі V.N. Compatibility of cells of the nervous system with structured biodegradable chitosan-based hydrogel matrices. Applied Biochemistry and Microbiology 2016; 52(5): 508–514, https://doi.org/10.1134/s0003683816050161.
14. Kobe F., Guseva D., Jensen T.P., Wirth A., Renner U., Hess D., Müller M., Medrihan L., Zhang W., Zhang M., Braun K., Westerholz S., Herzog A., Radyushkin K., El-Kordi A., Ehrenreich H., Richter D.W., Rusakov D.A., Ponimaskin E. 5-HT7R/G12 signaling regulates neuronal morphology and function in an age-dependent manner. J Neurosci 2012; 32(9): 2915–2930, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2765-11.2012.
15. Theiler S., Diamantouros S.E., Jockenhoevel S., Keul H., Moeller M. Synthesis and characterization of biodegradable polyester/polyether resins via Michael-type addition. Polymer Chemistry 2011; 2(10): 2273, https://doi.org/10.1039/c1py00262g.

Koroleva A.V., Guseva D.S., Konovalov N.A., Zharikova T.M., Ponimaskin E.G., Chichkov B.N., Bagratashvili V.N., Timashev P.S. Polylactide-Based Biodegradable Scaffolds Fabricated by Two-Photon Polymerization for Neurotransplantation. Sovremennye tehnologii v medicine 2016; 8(4): 23, https://doi.org/10.17691/stm2016.8.4.03