Исследователи Института цитологии (ИНЦ)
РАН разработали композитные матрицы на основе коллагена и белка фибронектина,
которые могут служить основой продуктов для трансплантации клеток. Результаты
исследования опубликованы в научном журнале International
Journal of Molecular Sciences, в перспективе они могут
использоваться при создании эффективных клеточных продуктов, которые будут
применяться для восстановления различных тканей в регенеративной медицине.
АСМ-изображения
молекулярного и фибриллярного коллагена с/без фибронектина (ФН): а –
молекулярный коллаген; ( б ) – фибриллярный коллаген; ( в ) – фибронектин; ( г
) – молекулярный коллаген + фибронектин; ( д ) – фибриллярный коллаген +
фибронектин. Масштабная линейка 1 мкм. Источник: статья авторов исследования.
Коллаген является одним из основных белков
внеклеточного матрикса и присутствует в большинстве органов и тканей организма.
Он широко используется при создании матриц (скаффолдов) – структур, выступающих
носителями различных типов клеток. На основе таких скаффолдов создаются
тканеинженерные конструкции предназначенные для восстановления поврежденных
органов и тканей. Поскольку внеклеточный матрикс (ткань, связывающая клетки)
состоит из большого числа различных белков, монокомпонентные скаффолды на
основе одного белка не позволяют воссоздать естественные условия
культивирования для клеток in vitro.
Для улучшения сходства живых клеток к создаваемым
коллагеновым скаффолдам можно модифицировать их поверхность другими белками
внеклеточного матрикса. Цель создания подобных скаффолдов – сделать его
структуру более естественной по составу и строению, т. е. наиболее близкой к
нативной (природной) форме.
«Для создания скаффолдов, имитирующих
естественное окружение клеток в организме, используют белки внеклеточного
матрикса. Одно из направлений повышения качества коллагеновых скаффолдов
связано с их модификацией путем соединения с другими белками. Так ученые
пытаются в лабораторных условиях воссоздать нативный внеклеточный матрикс в
виде композитного скаффолда на основе нескольких белков. Здесь важно определить
не только состав, но и пропорции и последовательность добавления компонентов, а
также их структурные особенности. В данной работе мы сравнивали свойства
скаффолдов на основе коллагена, а также скаффолдов, модифицированных
фибронектином», – рассказывает старший научный сотрудник, руководитель группы
тканевой инженерии ИНЦ РАН Юлия Нащекина.
Для создания многокомпонентных скаффолдов ученые
использовали белок фибронектин, поскольку известно, что он способствует
формированию фокальных контактов – в живых организмах они обеспечивают связь
клетки с внеклеточным матриксом и задействованы во многих транспортных и
сигнальных путях клетки, в частности, активируют ответ на механический стресс.
Зная количество фокальных контактов, можно оценить насколько тот или иной
субстрат «привлекателен» для клеток. Поэтому фибронектин является перспективным
материалом для создания более эффективных скаффолдов для тканеинженерных
конструкций.
В ходе экспериментов ученые создали четыре вида
скаффолдов: из коллагена молекулярной и фибриллярной формы (фибриллы
представляют собой цепочки молекул коллагена, скрученные в спирали), затем
каждая из форм была модифицирована фибронектином. После этого ученые приступили
к изучению свойств полученных структур.
Для изучения характеристик скаффолдов исследователи
использовали широкий спектр аналитических методов. Так, анализ взаимодействия
белков между собой производился с помощью атомно-силовой микроскопии.
Просвечивающая электронная микроскопия позволила оценить структуру и нативность
скаффолдов. Взаимодействие клеток с субстратом было изучено при помощи
растровой электронной микроскопии. Кроме того, ученые с помощью конфокальной
микроскопии оценили степень распластанности клеток, а также определили число
фокальных контактов.
«Исследование показало, что количество
фокальных контактов у клеток с субстратом больше в тех образцах, где
присутствует фибронектин. Опираясь на собранные данные в дальнейших
экспериментальных исследованиях можно будет сделать вывод, помогут ли эти
свойства повысить качество скаффолдов. Сейчас мы можем предположить, что
структура многокомпонентного скаффолда стала более нативной по сравнению с однокомпонентным.
В продолжении работы мы будем проверять, насколько она эффективнее участвует в
регенеративных процессах», – поясняет Юлия Нащекина.
Проведенное исследование является частью большой
совместной работы ученых ИНЦ РАН и ФТИ им. А. Ф. Иоффе по созданию новых и
модификации существующих видов скаффолдов, которые служат основой для
тканеинженерных конструкций, применяемых при восстановлении различных тканей в
регенеративной медицине. Так, ранее с помощью перекиси водорода были улучшены
свойства скаффолдов на основе коллагена.
Результаты исследования поддержаны грантом
Российского научного фонда (№ 21-74-20120).