Область знания:     03 ХИМИЯ И НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ Основной код классификатора:     03-320 Структура и свойства полимеров, многокомпонентных полимерных систем Ключевые слова:     биотехнология разрушаемых биополимеров, полигидроксиалканоаты, бактериальная целлюлоза, раневые покрытия, графты, гибридные эквиваленты кожи, лабораторные животные, модельные дефекты, реконструктивный тканегене

Фундаментальной проблемой, на решение которой направлен данный проект, является формирование научных основ создания и применения биосовместимых резорбируемых материалов и биоконструкций нового поколения для репаративного тканегенеза. Оптимизация процесса заживления дефектов и заболеваний кожи и подкожной клетчатки с помощью новых технологий и материалов является актуальной проблемой; восстановление таких дефектов остается в центре внимания фундаментальной науки и клинической практики. Связано это с постоянным ростом количества повреждений вследствие ожогов, травм, хирургических вмешательств, онко- и различных заболеваний. Заболевания и травмы кожи и подкожной клетчатки в РФ, включая Сибирский федеральный округ и Красноярский край, стабильно занимают 3-4-е место, уступая только заболеваниям органов дыхания и кровообращения, болезням костно-мышечной системы, представляя собой большую социально-экономическую проблему. Пионерная цель проекта – создание полимерных раневых покрытий и гибридных тканеинженерных биосистем, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к биоматериалам и препаратам, остро востребованным для репаративного тканегенеза дефектов кожных покровов различной этиологии. Комплекс взаимосвязанных задач включает:
- конструирование раневых покрытий в виде гидрофобных 3D-нетканых мембран методом электроспиннинга (ЭСФ) из биосовместимых и резорбируемых полиэфиров гидроксипроизводных алкановых кислот (полигидроксиалканоатов, ПГА) заданного состава, обладающих свойствами эластомеров, в сочетании c противовоспалительными и ранозаживляющими лекарственными препаратами и функционирующими клетками; - исследование структуры и адгезионных свойств поверхности, физико-химических и механических свойств мембран в зависимости от параметров процесса ЭСФ, диаметра, ориентации и компоновки ультратонких волокон в мембране; - конструирование тканеинженерных раневых покрытий (графтов) в виде нетканых резорбируемых полимерных мембран с клетками фибробластного ряда, дифференцированными из мезенхимальных мультипотентных стволовых клеток жировой ткани; - введение в культуру и оптимизация процесса культивирования нового штамма уксуснокислых бактерий – продуцента бактериальной целлюлозы (БЦ); исследование влияния режима культивирования штамма на состав, структуру и ориентацию целлюлозных фибрилл в БЦ; - конструирование биотехнологических дермальных эквивалентов на основе гибридных систем «мембраны ПГА/пленки БЦ» в сочетании с антибактериальными и противоспалительными препаратами и дермальными клетками; - исследование эффективности разработанных биотехнологических ранозаживляющих систем на лабораторных животных с модельными повреждениями кожи и выявление регуляторных механизмов образования микроокружения на границе «имплантат/ткани», и динамики реконструктивного тканегенеза с применением планиметрии, гистологических, иммуногистохимических и молекулярных методов; - разработка и регистрация Технических условий, сертификация разработанных раневых покрытий и биотехнологических дермальных эквивалентов, подготовка рекомендаций для клинических испытаний

Волова Татьяна Григорьевна, руководитель Жила Наталья Олеговна Киселев Евгений Геннадьевич Маркелова Надежда Михайловна Николаева Елена Дмитриевна Прудникова Светлана Владиславна Шидловский Иван Петрович      Шишацкая Екатерина Игоревна Шумилова Анна Алексеевна

С использованием авторских штаммов бактерий Ralstonia eutropha B5786 и Cupriavidus eutrophus B10646 синтезирована серия образцов сополимеров П(3ГБ/4ГБ) – перспективного представителя семейства ПГА, обладающего свойствами эластомеров. Изменение режимов культивирования и условий углеродного питания позволило получить аморфизированные образцы П(3ГБ/4ГБ) с пониженной кристалличностью. Введен в культуру зарегистрированный в ВКПМ и запатентованный новый штамм уксуснокислых бактерий Komagataeibacter xylinus B-12068, являющийся продуцентом бактериальной целлюлозы (БЦ). Оптимизация условий выращивания штамма позволила получить высокие выходы БЦ, что значительно превосходит зарубежные показатели. Установлено, что физико-химические свойства БЦ зависят от условий культивирования бактерий и типа углеродного субстрата; на этой основе отработана технология получения пленок БЦ заданной структуры. Методом электростатического формования (ЭСФ) растворов П(3ГБ/4ГБ) на автоматизированной установке Nanon 01A получены нетканые мембраны с различной ориентацией ультратонких волокон; установлено, что наибольшее влияние на тонкую структуру мембран, включая диаметр и распределение волокон, оказывает плотность полимерных растворов в отличие от соотношения мономеров. Показана биологическая совместимость и отсутствие токсического влияния полученных мембран из П(3ГБ/4ГБ) в культурах фибробластов мыши линии NIH 3T3 и культуры фибробластов, дифференцированных из ММСК, выделенных из жировой ткани крыс. Клетки, адгезированные на нетканых мембранах, активно пролиферировали и синтезировали белки соединительной ткани. Эффективность нетканых мембран, сформированных методом ЭСФ из П(3ГБ/4ГБ), в том числе в сочетание с эпидермальными клетками, исследована на лабораторных животных с модельными дефектами кожных покровов. С применением планиметрии ран, гистологической техники и молекулярных методов детекции факторов ангиогенеза, воспаления, коллагена 1-го типа, кератина 10 и 14 показано более активное течение процесса заживления ран в экспериментальных группах животных, в особенности, при использовании нетканых мембран в сочетании с клетками по сравнению с коммерческой повязкой ВоскоПран.
Применение исследованных экспериментальных нетканых мембран в качестве раневых повязок может лежать в основе более эффективной регенерации кожи, снижения воспалительного процесса и улучшения ангиогенных свойств.

1. Shishatskaya E.I., Nikolaeva E.D., Vinogradova O.N., Volova T.G. Experimental wound dressings of degradable PHA for skin defect repair // J. Mater. Sci: Mater. Med. – 2016. – V.27. – I.11. – P.1-16 (Impact Factor WoS 2,727). 2. S.V. Prudnikova, E.I. Shishatskayab, I.P. Shidlovsky, T.G.Volova The new strain of acetic acid bacteria Komagataeibacter xylinus B-12068 - producer of bacterial cellulose for biomedical applications. Принята в Журнал Сибирского федерального университета. Серия биология

Исполнители проекта приняли участие в международной конференции совместно с молодежной научной школой "Биотехнология новых материалов – окружающая среда – качество жизни" и выступили с докладами: 1. T.Volova, N.Zhila, A.Boyandin, E.Kiselev, E. Shishatskaya. Polyhadroxyalkanotes of different chemical structure: synthesis, studies, applications (устный доклад)
2. Е.И. Шишацкая. Моноцитарная реакция, как показатель биосовместимости имплантируемых материалов (устный доклад) 3. A.A. Shumilova. Potential of biodegradable polyhadroxyalkanotes for reconstructive surgery (устный доклад) 4. E.I. Shishatskaya, E.D. Nikolaeva. Experimental wound dressing of degradable PHA for skin defect repair (устный доклад) 5. Е.Г. Киселев. Выделение поли-3-гидроксибутирата из биомассы бактерий в условиях опытного производства (устный доклад) 6. И.П. Шидловский. Антибактериальная активность пленок бактериальной целлюлозы с наночастицами серебра (постер)