Регенерация повреждений необходима организму для поддержания своей жизнедеятельности, однако, далеко не всегда этот процесс приводит к полному восстановлению работы поврежденных тканей и органов. Так, по сей день остро стоит проблема образования рубцов во время заживления ран. Для решения этой проблемы российские ученые разработали новые биоинженерные частицы и продемонстрировали их эффективность в опытах по заживлению ран кожи у экспериментальных животных. Результаты работы опубликованы в журнале Frontiers in Immunology. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

«Особенностью нашей работы является междисциплинарный подход в поиске новых методов терапии кожных ран, — рассказывает руководитель работы, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Марина Друцкая. — Наши коллеги-биоинженеры из МГУ им. М.В. Ломоносова, НИЦ «Курчатовский институт» — ГосНИИгенетика и Исследовательского центра трансплантологии и искусственных органов им. В.И. Шумакова разработали уникальные полимерные частицы, которые мы, как иммунологи, захотели изучить с точки зрения их влияния на иммунную систему и, в первую очередь, на воспалительный ответ, который является ключевым в заживлении ран».

Заживление ран кожи — это тщательно регулируемый процесс, включающий несколько ключевых стадий. В первую очередь, происходит остановка кровотечения. За ней следует воспалительный иммунный ответ, позволяющий избежать инфицирования раны, а также необходимый для перехода к следующей стадии — восстановлению слоя основных клеток кожи. Этот переход — ключевой этап регенерации, и нарушения в его регуляции приводят к делению других клеток кожи — фибробластов. Они в результате формируют рубцовую ткань, неспособную полноценно выполнять функции нормальной кожи. Большинство исследований в области регенеративной медицины направлено именно на то, чтобы не допустить образования рубца. Эта задача требует, с одной стороны, более глубокого понимания механизмов регенерации, а с другой — разработки новых терапевтических средств, в том числе на основе новых совместимых с организмом человека материалов.

Картинка: микрочастица из структурного белка ше...

Картинка: микрочастица из структурного белка шелка (размер 150 микрон). Источник: Анастасия Архипова, ведущий научный сотрудник лаборатории конфокальной микроскопии Биологический факультет МГУ. Источник: Maxim A. Nosenko et al. / Frontiers in Immunology, 2018

Ученые изучали регенеративный потенциал двух видов биоинженерных частиц, полученных на основе белка шелка тутового шелкопряда и искусственно созданного аналога белка шелка паутины пауков-кругопрядов — спидроина. Эти микрочастицы можно использовать как носители клеток или лекарственных средств для лечения разных заболеваний. Но в своей работе авторы продемонстрировали, что биоинженерные микрочастицы сами по себе способны влиять на иммунный ответ и тем самым ускорять заживление ран. В опытах на лабораторных животных исследователи обнаружили, что введение обоих видов частиц ускоряло заживление ран кожи и предотвращало образование рубца, задействуя при этом разные молекулярные механизмы.

«Мы планировали изучить вклад различных свойств этих частиц в процесс регенерации кожи, — поясняет автор работы Максим Носенко, младший научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, аспирант кафедры иммунологии биологического факультета МГУ. — Мы хотели отдельно установить роль двух белков шелка и в то же время проверить, как может влиять структура биоинженерных частиц на процесс заживления кожи. Так, мы обнаружили, что один из белков вызывает кратковременный провоспалительный ответ, что может иметь значение для терапии инфицированных ран. С другой стороны, оба вида частиц снижали продукцию факторов, ответственных за образование рубца, что объясняет меньший размер шрама на месте раны при их использовании».

Фото: Максим Носенко, первый автор, младший нау...

Фото: Максим Носенко, первый автор, младший научный сотрудник лаборатории молекулярных механизмов иммунитета ИМБ РАН, аспирант кафедры иммунологии Биологического факультета МГУ. Источник: пресс-служба РНФ

Таким образом, ученые исследовали прорегенеративный потенциал двух видов полимерных частиц на стыке нескольких наук, включая иммунологию, биоинженерию, клеточную биологию, что позволило более детально понять механизм их действия. Результаты работы указывают на возможность подбора подходящего биоматериала с оптимальными свойствами для каждого конкретного случая, что является основой персонализированной медицины будущего.

В исследовании приняли участие исследователи из Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова, НИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов Курчатовского института и Исследовательского центра трансплантологии и искусственных органов им. В.И. Шумакова.

Картинка: Микрочастица из структурного белка шелка (размер 150 микрон). Источник: Анастасия Архипова, ведущий научный сотрудник лаборатории конфокальной микроскопии Биологический факультет МГУ. Источник: Maxim A. Nosenko et al. / Frontiers in Immunology, 2018.