Разработка технологии стимулирования направленной регенерации костной и иных тканей с использованием 3d-моделирования матриц сложной конфигурации

Успехи в области биоинженерии привели к созданию биорезорбируемых полимеров и возможности их использования для 3D-клеточной печати. Биоматериалы или скаффолды выполняют роль не только носителя клеток, но и обеспечивают регенерацию поврежденной ткани путем замещения дефекта до момента полного восстановления ткани. Только искусственные полимеры пригодны для создания 3D-геометрических конструкций. Компьютерная матрица создается на основе компьютерной томографии и ЯМР-имиджинга. Несмотря на значительные успехи в области 3D-клеточной печати, идеальные биоматериалы пока не созданы, поскольку структура и композиция внеклеточного матрикса критически влияют на биомеханические свойства. Кроме того, большие 3D конструкции часто требуют непомерного количества клеток и также создают проблемы доставки питательных веществ и удаления продуктов клеточных отходов. Поэтому потребуются масштабные исследования, чтобы использовать биопринтинг в крупномасштабных трехмерных тканях, которые необходимы для клинически значимых терапий. Большинство 3D конструкций изучается in vitro и на животных моделях. Клинические исследования 3D конструкций пока единичны. FDA лишь недавно зарегистрировал один 3D материал для закрытия краниальных дефектов.В классической тканевой инженерии скаффолды заселяются клетками, генерируют образование необходимой ткани. Для этой цели используются либо стволовые клетки, либо клетки, частично дифференцированные в нужном направлении (прогениторные клетки). Стволовые клетки костного мозга, жировой ткани, пульпы зуба, слюнных желез, печени, пупочного канатика способны дифференцироваться в большинство мезенхимальных клеток. Прогениторные клетки детерминированы в одном направлении (только определенный тип клетки) и имеют ограниченный потенциал самоподдержания.МСК сами секретируют большое количество факторов, способствующих активизации регенеративных процессов, в частности EGF, HGF, IGF, VEGF, angiopoietin-1, macrophage inflammatory protein-1α, stromal derived factor-1, erythropoietin, nitric oxide, и ряд других. Проведенные исследования предполагают, что трансплантированные МСК выделяют многочисленные факторы, которые влияют как на дифференцировку и пролиферацию клеток, так и предотвращают апоптоз соседних клеток, способствуя регенерации ткани. Иммуномодуляция – другое важное свойство МСК, которое может изменять иммунный ответ через ряд факторов: TGFβ1, HGF, haemoxgenase-1, PGE-2, IL-10 и human leukocyte antigen-G5. МСК, секретируя эти пептиды, могут понижать Т-клеточную пролиферацию, ингибировать продукцию цитотоксических Т-клеток и подавлять Т-клеточный ответ. Это позволяет использовать аллогенные МСК, что крайне выгодно для биопринтинга, который требует большого количества клеток. В этой связи разработка и создание методов и технологии управления клеточной пролиферацией, клеточной дифференцировкой, клеточной активностью позволит создать механизмы собственного управления регенераторным потенциалом организма.