Трехмерная печать персонализированных ген-активированных остеопластических материалов для направленной регенерации костной ткани

Челюстно-лицевая хирургия, стоматология, онкология, травматология и ортопедия являются основными областями медицины, все более остро нуждающимися в разработке новых материалов и средств изготовления из них персонализированных высокоэффективных и безопасных биомедицинских изделий для замещения обширных костных дефектов. Число пациентов с заболеваниями опорно-двигательного аппарата (в том числе и онкологическими), и количество проводимых дентальных имплантаций, требующих костной пластики, в России увеличивается каждый год почти на 15%. Одним из перспективных направлений для достижения целей, которые ставит перед собой современная высокотехнологичная медицина, является разработка биоактивных костно-пластических материалов, которые представляют собой пористый биорезорбируемый матрикс, изготовленный в строгом соответствии с геометрией замещаемого им дефекта, наполненный остеоиндуктивными компонентами. В настоящем проекте планируется разработать костно-пластический материал на основе полилактогликолидов с вирусными частицами, несущими ген BMP-2, формируемый в ходе процессов трехмерной (3D) антисольвентной и криопечати для изготовления персонализированных ген-активированных конструкций, предназначенных для высокоэффективной направленной регенерации костной ткани. Методы 3D-печати позволяют строго задавать микро- и макроархитектонику 3D-каркаса для поддержания миграции и адгезии прогениторных клеток, способствуя распространению и формированию костной ткани, а также для эффективной трансдукции клеток в зоне имплантации. Подходы 3D-печати, предлагаемые в настоящем проекте, обеспечивают возможность быстрого формирования сложных структур с контролируемой архитектоникой при физиологических или пониженных температурах, что гарантирует сохранение физикохимических и биологических свойств исходных компонентов. В качестве биоактивного компонента будут использованы генетические конструкции, содержащие ген BMP-2 (наиболее эффективного индуктора из семейства BMPs), что позволит стимулировать локальный синтез терапевтических белков эндогенными клетками в зоне повреждения в физиологических концентрациях в течение продолжительных периодов времени. Для доставки гена BMP-2 будут использованы аденовирусные векторы, эффективность и безопасность которых подтверждена во многих исследованиях, включая разработку вакцин. Костно-пластический материал на основе полилактогликолидов, полученный методами трехмерной (3D) антисольвентной и криопечати и импрегнированный аденовирусными конструкциями с геном BMP-2 будет разрабатываться впервые, его биологическое действие будет комплексно исследовано различными методами на нескольких уровнях. Кинетика высвобождении вирусной ДНК из материалов будет исследована путем спектрофотометрической оценки и ПЦР-анализа, экспрессия целевого гена (BMP-2) и генов маркеров при остеогенной дифференцировке будет изучена с помощью ПЦР в реальном времени, а для оценки уровня секреции целевого белка и остеогенных маркеров будет применяться иммуноферментный анализ и вестерн-блот. На клеточном уровне с помощью флуоресцентной микроскопии будет исследована способность генных конструкций проникать в клетки, (визуализация с использованием конструкций с геном флуоресцентного белка) и способность материалов поддерживать клеточную адгезию (визуализация клеток с помощью мембранной флуоресцентной метки) и остеогенную дифференцировку. При имплантации материалов в зону костного дефекта крыс будет изучена эффективность формирования костной ткани с помощью гистологических методов, иммуногистологических методик и рентгенологических исследований. Для решения поставленных задач будет налажено взаимодействие между специалистами по клеточной биологии, вирусологии, материаловедению, гистологии, а также практикующими врачами хирургами-стоматологами, что обеспечит получение безопасного и эффективного материала с выраженными остеоиндуктивными свойствами, нацеленного на решение задач практической медицины.