Успешное применение методов регенеративной терапии часто требует выращивания в зоне повреждения функциональных кровеносных сосудов. Исследователи Технологического института Джорджии (г. Атланта), работающие под руководством профессора Андреса Гарсии (Andrés García), разработали метод, позволяющий решить эту проблему с помощью биосовместимых, разлагающихся в организме синтетических гидрогелей.
В рамках своей работы ученые модифицировали биохимические и механические свойства полиэтиленгликолевых матриц таким образом, чтобы новые сосуды могли формироваться как вокруг них, так и по всему объему полимера. Для этого они создали между цепочками полимера поперечные связи, обеспечивающие его стабильность и разрушающиеся под действием матриксных металлопротеиназ – ферментов, высвобождаемых клетками, заселяющими матрикс.
Для облегчения распространения по объему матрикса обеспечивающих ангиогенез эндотелиальных клеток и их взаимодействия между собой в гидрогель добавили адгезивные последовательности аминокислот.
В гель также ввели фактор роста сосудистого эндотелия (vascular endothelial growth factor, VEGF) – белок, стимулирующий рост кровеносных сосудов, причем высвобождение этого белка происходило только при разрыве поперечных связей цепочек полимера. При введении мелким животным растворимой формы VEGF его концентрация в организме снижалась равномерно; имплантация модифицированных гидрогелевых матриц обеспечивала поддержание постоянного уровня VEGF в течение двух дней, и только после этого его концентрация начинала постепенно снижаться.
Несмотря на то, что разница в скорости падения концентрации фактора роста была небольшой, изображения, полученные с помощью компьютерной томографии, показали, что спустя две недели после имплантации гидрогелевая матрица обеспечивала в шесть раз более высокую плотность вновь сформированных сосудов, чем введение растворимой формы VEGF. Еще через две недели этот показатель удваивался. Формируемая внутри и вокруг гидрогелевой матрицы сосудистая сеть была полностью функциональной. Введенное в аорту контрастное вещество беспрепятственно достигало новых сосудов, что свидетельствует об их интеграции в кровеносную систему организма. Гидрогель в организме постепенно деградировал и замещался нормальной тканью.
Гелевые матрицы через две (слева) и четыре (справа) недели после имплантации.
Сосудистая сеть постепенно прорастает в имплантат из окружающих тканей.
Авторы также разработали жидкий материал, способный под действием ультрафиолетового излучения превращаться в гель внутри организма. Такой материал можно с помощью минимально инвазивных методов вводить в глубокие ткани организма и заполнять им зону повреждения абсолютно любой формы.
Такой жидкий материал, содержащий VEGF, ввели мышам с индуцированной ишемией (нарушением кровоснабжения) одной ноги. Через семь дней кровоснабжение пораженной ноги у животных увеличилось в 1,5, а пораженной ступни – в 2 раза. Эти результаты были значительно лучше, чем результаты контрольных экспериментов, в которых животным вводили не разлагающийся в организме гидрогель или растворимые факторы роста.
Авторы считают, что такое выраженное восстановление кровотока обусловлено медленным высвобождением депонированного в матрице фактора роста, происходящим по мере разложения гидрогеля.
В настоящее время уже ведутся дополнительные испытания, целью которых является оценка пригодности нового метода в качестве средства лечения заболеваний периферических артерий и ишемической болезни сердца. В будущем авторы планируют протестировать возможность внедрения в гидрогель большего количества VEGF или его комбинации с другими факторами роста с целью получения еще более выраженного заживляющего действия.
Источник: «Вечная молодость» по материалам Georgia Institute of Technology: «Growing Blood Vessels: Bioengineered Materials Promote the Growth of Functional Vasculature, New Study Shows».