Клеточная терапия основана на использовании живых клеток для лечения различных патологий. Биофизики из МФТИ совместно с коллегами разработали технологию модификации клеток фибробластов путем присоединения к их поверхности полимерных микроконтейнеров с многофункциональным белком пероксиредоксином. Это позволяет улучшить регенеративные свойства фибробластов, что критически важно для применения этих клеток в тканевой инженерии и косметической дерматологии. Работа опубликована в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
В лаборатории специальных клеточных технологий МФТИ. Фотограф Анастасия Максименко
Фибробласты — это клетки соединительной ткани, они вырабатывают компоненты внеклеточного матрикса, самый главный из которых — коллаген. Коллаген составляет основу дермы кожи, сухожилий, костной и хрящевой тканей. В связи с этим фибробласты часто используют для различных задач регенеративной медицины. Обычно эти клетки берут у пациента, размножают в культуральной среде, после чего внедряют в область поврежденной ткани путем инъекции или в составе тканеинженерного трансплантата. Одна из основных проблем, связанных с использованием фибробластов, заключается в низкой скорости деления этих клеток, если они были взяты у пожилых пациентов. Кроме того, значительная часть клеток может погибнуть при трансплантации в результате окислительного стресса, вызванного провоспалительным микроокружением поврежденной ткани.
Михаил Дурыманов, заместитель заведующего лабораторией специальных клеточных технологий МФТИ и автор идеи работы, рассказывает: «Недавно наши коллеги из Института биофизики клетки РАН в Пущино показали, что если к фибробластам добавить белок пероксиредоксин, то он связывается с Toll-подобными рецепторами четвертого типа (TLR4) на поверхности клеток и запускает NF-κB сигнальный каскад, который увеличивает жизнеспособность фибробластов и подавляет процесс их старения в стрессовых условиях. Мы разработали способ инкапсулирования этого белка в полимерные микрочастицы и метод их присоединения к поверхности клеток. Данные микрочастицы медленно высвобождают биологически активный пероксиредоксин, который стимулирует фибробласты в течение продолжительного времени».
Схема и фотографии фибробластов с ковалентно присоединенными к их поверхности микрочастицами с пероксиредоксином (микрочастицы отмечены стрелками). Источник: Colloids and Surfaces B: Biointerfaces
«Мы впервые применили для фибробластов метод химической модификации клеточной поверхности полимерными частицами с биологически активным содержимым. Одной из ключевых задач работы было проведение реакции конъюгирования между карбоксильными группами полилактида-ко-гликолида в составе микрочастиц и аминогруппами белков на поверхности фибробластов. Для этого мы использовали реакцию с участием карбодиимида (EDC) и сульфо-N-гидроксисукцинимида (Sulfo-NHS). Несмотря на простоту, эта реакция практически не применяется для конъюгирования молекул к живым клеткам из-за высокой реакционной способности и цитотоксичности EDC и Sulfo-NHS, но мы нашли способ обойти эту проблему. С этой целью мы проводили первый этап данной реакции — активацию карбоксильных групп — отдельно от клеток, после чего удаляли избыток непрореагировавших EDC и Sulfo-NHS, а потом добавляли активированные микрочастицы к фибробластам, иммобилизованным на поверхности культурального пластика», — объясняет аспирант лаборатории специальных клеточных технологий Нинфей Шэнь.
В работе было показано, что присоединение полимерных микрочастиц, содержащих пероксиредоксин, к поверхности фибробластов значительно увеличивает их жизнеспособность в условиях окислительного стресса, подвижность, а также способность продуцировать коллаген. Авторы уверены, что использование данного подхода позволит клеткам лучше адаптироваться и не погибнуть при трансплантации, что увеличит эффективность клеточной терапии с использованием фибробластов.
Кроме сотрудников лаборатории специальных клеточных технологий МФТИ, в работе принимали участие их коллеги из Института биофизики клетки РАН (Пущино), МГУ им. М. В. Ломоносова и Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии им. В. И. Кулакова.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
***
Лаборатория специальных клеточных технологий МФТИ, которую возглавляет Александр Трофименко, занимается исследованиями в области регенеративной медицины, а также разработкой биоматериалов для тканевой инженерии и создания систем доставки лекарств.
Среди проектов лаборатории — научно-исследовательская работа по получению биомедицинского клеточного продукта на основе мезенхимальных стволовых клеток, разработка новой технологии получения раковых органоидов, разработка систем доставки лекарств на основе металл-органических соединений для лечения внутриклеточных инфекций, исследование возможности использования Gag-подобного белка Arc/Arg3.1 для доставки РНК в клетки млекопитающих и другие.
