Автореферат (1097909)
Текст из файла
На правах рукописиРочев Юрий АлексеевичТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ ИМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙИ ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВСпециальность 03.01.02 – «Биофизика», 03.01.08 – «Биоинженерия»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукПущино2015 г.Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномучреждении науки Институт Теоретической и ЭкспериментальнойБиофизики Российской академии наук (ИТЭБ РАН).Официальные оппоненты:Баграташвили Виктор Николаевич, докторфизикоматематических наук, профессор, заведуюший отделом лазернойатомно-молекулярной технологии, Федеральное государственноебюджетное учреждение науки Институт проблем лазерных иинформационных технологий Российской академии наукНечипуренко Юрий Дмитриевич, доктор физико-математическихнаук, старший научный сотрудник, Федеральное государственноебюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологииим.
В. А. Энгельгардта Российской академии наукСтовбун Сергей Витальевич, доктор физико-математическихнаук, заведующий лабораторией химической физики биосистем,Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиИнститут химической физики им. Н.Н. Семенова Российскойакадемии наукВедущаяорганизация:Федеральное государственное бюджетное учреждениенауки Институт биохимической физики им. Н.М.
ЭмануэляРоссийской академии наукЗащита состоится 23 апреля2015 г. в 15.30 часов на заседаниидиссертационного совета Д501.002.11 при Московском государственномуниверситете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, д.1, стр. 2, физический факультет МГУ, центральнаяфизическая аудитория.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московскогогосударственного университета имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан «__» _________ 2015 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат технических наукСидорова А.Э.2Актуальность работыВ последние годы традиционная парадигма науки о биоматериалах, как оматериалах с необходимыми механическимивызывающих негативного ответаизменения.характеристикамии неорганизма, претерпела серьезныеНаиболее перспективнымиявляютсяматериалы,способные адекватно менять свои характеристики при измененииокружающей среды (в англоязычной литературе их называют “smart” или“intelligent”).
Для создания такого рода биоматериалов необходимопривлекать новые физические модели, использовать нетрадиционные длябиологииимедицинытрансформации энергии.видимому,концепцииСредипереработкиинформациииадаптивных биоматериалов, по-наиболее перспективными являютсяполимеры, резкоменяющие конформацию при незначительном изменении внешнихпараметров, таких как рН, температура, концентрация лиганда и т.д.Физико-химические характеристики таких полимеров изучены достаточноподробно, в частности исследовано поведение полимеров с нижнейкритической температурой растворимости (НКТР).
При понижениитемпературы на несколько градусов ниже критической такие полимеры вводном растворе переходят из состояния компактной глобулы в состояниеклубка.В случае полимерных сеток (гелей) переход характеризуетсягидратацией, набуханием и увеличением физических размеров гидрогеля.Биологическиеобъекты,иммобилизованныенанапример,клеткитермочувствительноммлекопитающих,покрытииприфизиологической температуре 37 °С могут успешно функционировать наповерхности термочувствительного материала, однако при понижениитемпературынижеНКТРипоследующемнабуханиигидрогеля,происходит открепление биообъектов с поверхности геля (рис.1).Необходимое условие: НКТР должна быть строго меньше 37° С.3Рис.1.
Процессоткрепления клеточныхпластов (а) и клеток (б) стермочувствительныхпокрытий при понижениитемпературы.Физический процесс отделенияклеток с поверхностинабухшегогидрогеля лег в основу новой методологии при работе с клеточнымикультурами человека и млекопитающих.Метод культуры клеток является фундаментом современной биологии имедицины.Успехимолекулярнойбиологии,промышленнойбиотехнологии, молекулярной фармакологии и тканевой инженериинепосредственно связаны с методом культуры клеток.Подавляющеебольшинство клеточных культур являются субстрат зависимыми.
Такиеклетки нормально функционируют лишь в случае их прикрепления(адгезии)ксубстрату-подложке.Какправило,длязавершениятехнологического цикла или лабораторного эксперимента клетки должныбыть отделены от поверхности. Задача отделения клеток с поверхностей,на которых иммобилизованы клетки млекопитающих, с неизбежностьювозникает,как при масштабном культивировании клеток дляпроизводства биологически активных соединений, так и на микро и наноуровнях,прирешениипроблем,молекулярной диагностикой и т.д.клетоксповерхности,связанныхсмикрофлюидикой,Современные методы открепленияоснованные4напримененииспециальныхферментов, были разработаны почти столетие назад (Rous and Jones, 1916;Scherer et al., 1953) и с тех пор остаются практически неизменными.Механизм открепления основан на активности ферментов-гидролаз,которыекатализируют гидролиз белков, отвечающих за взаимодействиеклетки с субстратом.Гидролизованные белки не могут поддерживатьадгезию клеток и клетки отделяются от субстрата.
На сегодняшний деньприведено немало данных, свидетельствующих о принципиальныхпроблемах связанных с применением ферментов при снятии клеточныхкультур, поэтому появление новых материалов, изделий из этихматериалов, позволяющих как поддерживать рост клеток, так и сниматьклетки при понижении температуры на несколько градусоввызвалоогромный интерес как среди биологов, так и среди специалистов в областибиоматериалов.Нарядус использованием термочувствительных покрытий врегенеративной медицине, материалы с НКТР являются перспективнымипри разработке новых систем для локальной и контролируемой доставкилекарств (рис. 2).При температуре выше НКТР лекарство, иммобилизованное втермочувствительномфазу.геле,практически не диффундирует в воднуюПри понижении температуры ниже температурыперехода,полимерная сетка набухает, превращаясь в гидрогель.
Скорость переносарезко увеличивается, лекарство выходит из матрицы в водную фазу. Череззаданный промежуток времени (t2-t1)температура повышается до 37°С,полимерная сетка (гидрогель) коллапсирует и переходит в начальноесостояние. Рабочий цикл может повторяться при следующем понижениитемпературы.
Таким образом, кинетика выхода лекарства может локальноконтролироваться изменением температуры окружающей среды.Системы для локальной и контролируемой доставки лекарств – одноизважнейшихнаправленийсовременной5фармакологии,поэтомуРис. 2. Схема локальной доставки лекарств изматериалов на основе термочувствительных полимеров.материалы на основе полимеров с НКТР вызывают пристальный интерессо стороны биоинженеров и фармакологов.Цель и задачи работыЦельнастоящейработысостоялавразработкеновогоклассабиосовместимых термочувствительных полимерных покрытий на основеполимеров с нижней критической температурой растворимостидляиспользованияв клеточных технологиях, а именно, для полученияизолированныхклетокиклеточныхпластовбезпримененияпротеолитических ферментов и других (био)химических агентов. Такжеэтипокрытиямогутиспользоватьсядлялокальнойуправляемойтермоконтролируемой доставки лекарств.
Для достижения данной целибыли поставлены следующие задачи:1. Получение термочувствительных покрытий в диапазоне толщин10 нм -10 4 нмстемпературами структурного перехода 5 – 36 °С.62. Определение физико-химических характеристик термочувствительныхпокрытий.3. Выяснение взаимосвязи между адгезией и ростом клеток и физикохимическими характеристиками термочувствительных покрытий.4. Выявление закономерностей открепления клеток и клеточных пластовот термочувствительных материалов.5. Оценка воздействия бесферментного снятия клеток на рост идифференцировку мезенхимальных стволовых клеток человека.6.
Получение кинетических кривыхциклического выхода лекарств изтермочувствительных покрытий.7. Построение математической модели кинетики циклического выходалекарств.8. Разработка устройства для доставки лекарств из термочувствительныхпокрытий.Научная новизна диссертационной работы определяется основнымирезультатами, приведенными ниже:1.
Получен ряд новых термочувствительных покрытий для ростаклеточных культур и бесферментного открепления клеток и клеточныхслоев. Среди них: покрытие на основе гомополимера Nизопропилакриламида, полученное методом центрифугирования;покрытия на основе сополимеров N-изопропилакриламида и N-третбутилакриламида с различным молярным соотношением мономеров NИПААм и N-трет-БААм; гидрогель на основе сополимера Nизопропилакриламида и акриламидобензофенона.2.
Впервые синтезированы и исследованы сополимеры на основе Nизопропилакриламида и этилпирролидон метакрилата с температурамиперехода близким к 37 °С.73. Впервые установлена зависимость кинетики открепления клеток отсмачиваемости термочувствительных покрытий и факторов клеточнойадгезии.4. Показано, что мезенхимальные стволовые клетки, культивируемые нагомополимере N-изопропилакриламида, сохраняют плюропотентностьи способность к дифференцировке.5. Предложена математическая модель доставки лекарств изтермочувствительных гидрогелей. Показано, что модель адекватноописывает основные экспериментальные результаты.6.
Разработано устройстводля доставки лекарств из полимеров с НКТРна основе элементов Пельтье.Апробация работыОсновные результаты диссертации были представлены автором лично наследующих международных конференциях и семинарах:Семинар в Институте полимеров (Institute of Polymer Science andTechnology, CSIC, Мадрид, Испания, июнь, 2012); 24-я Европейскаяконференция по биоматериалам "24th European Conference on BiomaterialsESB2011» (Дублин, Ирландия, сентябрь 2011 ); Научная школа «PorousHydrogels for Biomedical Applications: from Cytapheresis to TissueEngineering» (Анталия, сентябрь 2009); Семинар в центре "Nanotechnologyand Advanced Materials Research Institute (NAMRI), University of Ulster”(Белфаст, Англия, март 2009); Европейское совещание по прикладнойматематике в промышленности «75th European Study Group with Industry(ESGI)» (Консорциум по применению математики в науке и индустрии,the Mathematics Applications Consortium for Science and Industry (MACSI),Лимерик, Ирландия, 2010); 21-я Европейская конференция побиоматериалам «21st European Conference on Biomaterials, ESB2007»(Брайтон, Англия, сентябрь 2007 ); VII Всемирный конгресс по8биоматериалам «VII World Congress of Biomaterial» (Сидней, Австралия,май 2004); Ежегодная британская конференция по биоматериалам «UKSociety for Biomaterials (UKSB)» (Белфаст, Англия, июнь 2003); 17-яЕвропейская конференция по биоматериалам "17th European Conference onBiomaterials ESB2003» (Штутгарт, Германия, сентябрь 2003 ); 14Европейская конференция «14th Conference of the European Colloid andInterface Society», (Патрас, Греция, 2000);а также на российских конференциях и семинарах:IV Всероссийский съезд биофизиков, Нижний Новгород, август, 2012;Семинар в Федеральном Институте супертвердых и новых углеродныхматериалов, Троицк, октябрь, 2011; Физический факультет МГУим.Ломоносова «Фундаментальные проблемы биофизики», Москва,ноябрь, 2009; Семинар в Институте трансплантологии и искусственныхорганов, Москва, декабрь, 2005.Практическая ценность работыПредложенныетермочувствительныебесферментногооткрепления клетокматериалыипротоколыиспользуются для снятия линийтрансформированных клеток в Dublin Institute of Technology, Centre forRadiation and Environmental Science, Dublin; для работы с первичнымимоноцитами человека в Отделе Биохимии Института экспериментальнойкардиологии Российского кардиологического научно-производственногокомплекса МЗ Российской Федерации (группа в.н.с.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
