Ученые кафедры «Биоинженерия» ДГТУ уже несколько лет изучают коллаген медуз, обитающих в Азовском море. Перед исследователями стоял ряд задач: найти экономически выгодный способ получения коллагена из медуз, изучить его биологические свойства и варианты применения в биомедицинских целях.
Авторы разработки отмечают, что коллаген медуз – полноценный аналог коллагена человека и животных и отлично подходит для медицинских, косметических и исследовательских целей. К тому же это уникальный региональный продукт, который можно добывать и производить в Ростовской области, что решает задачу импортозамещения.
В прошлом году ученые ДГТУ представили свою разработку на конкурсе «Биофабрикация, биопринтинг и проектная деятельность» Фонда поддержки молодежных инициатив г. Санкт-Петербурга, где заняли первое место, обойдя 22 команды из других научных центров России, и выиграли грант на сумму 700 000 рублей.
– В процессе работы над проектом мы смогли найти оригинальный и простой способ получения лиофилизированных скаффолдов из коллагена с заданной пористостью, что открывает интересные возможности отойти от таких относительно сложных методов создания трехмерных конструктов, как 3D-печать или электроспиннинг, – рассказал руководитель проекта, старший преподаватель кафедры «Биоинженерия» ДГТУ Сергей Головин. – Далее мы решили оценить возможность создания сложных 3D-моделей на основе разработанных скаффолдов из коллагена медуз. Для этого мы заселили в него фибробласты – нормальные клетки соединительной ткани здорового человека. На протяжении 5 дней фибробласты росли в скаффолде, сформировав некий аналог нормальной ткани. Затем в эту ткань были имплантированы сфероиды из клеток рака молочной железы человека из биобанка лаборатории клеточных технологий Национального медицинского исследовательского центра онкологии. В результате нам удалось воспроизвести процесс диссеминации опухолевых клеток – один из важнейших процессов в развитии злокачественных опухолей.
Выполненный учеными эксперимент показал, что коллаген медуз Азовского моря позволяет длительно обеспечивать физиологичные условия для роста как нормальных, так и злокачественных клеток. По словам исследователей, он не уступает другим традиционным видам коллагена, например, из сухожилий, рогов, кожи животных, получение которых требует гораздо больше технологических процессов, реагентов и финансовых затрат, в то время как медузы представляют собой бесплатное сырье, которого в Азовском море аномально много. Согласно рекомендациям Министерства сельского хозяйства, для решения экологической проблемы в бассейне Азовского моря, связанной с интенсивным размножением медуз, наносящим серьезный ущерб рыбному хозяйству, необходимо ежегодно отлавливать более 900 тысяч тонн медуз.
– В силу примитивного строения тканей медуз извлекать из них коллаген намного проще, чем из тканей сельскохозяйственных животных. На сегодняшний день мы разработали технологии получения коллагенсодержащих продуктов нескольких типов: это коллаген медуз в виде геля, стерильные растворы коллагена различных концентраций, порошки из коллагена и его денатурированной формы – желатина, коллагеновые губки и скаффолды. Сфера применения этих продуктов обширна: от простых компонентов косметических средств или хирургических имплантатов для замещения дефектов мягких тканей до реактивов, применяемых в клеточной биологии, – добавил Сергей Головин.
В настоящее время у ДГТУ уже есть промышленные партнеры, заинтересованные в производстве продуктов с коллагеном медуз. Помимо прикладных и производственных задач, ученые планируют применить свои разработки и в исследованиях.
– Современные методы терапии в онкологии движутся в сторону персонализации. Когда врач начинает терапию у конкретного пациента, иногда очень сложно предсказать ее индивидуальную эффективность. К сожалению, существуют виды рака, при которых пациенты умирают еще до окончания первого курса химиотерапии. Поэтому сейчас активно разрабатываются таргетные модели опухолей, которые можно быстро воспроизвести в лабораторных условиях из клеток конкретного пациента и с их помощью тестировать чувствительность опухоли к химиотерапии, подбирая наиболее эффективные варианты, – пояснила заведующий кафедрой «Биоинженерия» ДГТУ, д. биол. н., профессор Евгения Кириченко. – Одними из самых злокачественных видов опухолевых заболеваний являются глиомы. В результате многолетних исследований нам удалось выяснить, что в глиальных опухолях значительно увеличивается количество щелевых контактов. Мы предполагаем, что эти контакты играют важную роль в развитии глиомы, и их блокирование, возможно, позволит открыть новые подходы к терапии опухоли, которая на сегодня является неизлечимой. Для этого мы планируем использовать моноклональные антитела, но для отработки этой технологии необходимо создать адекватную физиологичную модель глиомы, с которой будет удобно работать в лаборатории. Обычные 2D-культуры клеток, классически используемые в процессе исследований, для этих целей не подходят, поэтому мы хотим применить трехмерные сложные модели на основе коллагеновых скаффолдов, и коллаген медуз Азовского моря идеально подходит для этих целей, – отмечает Евгения Кириченко.
Скаффолды – искусственно создаваемые из различных биоматериалов матрицы для клеток, структурно схожие с межклеточным веществом тканей человека и животных.
Лиофилизация – это способ мягкой сушки веществ, при котором высушиваемый препарат замораживается, а потом помещается в вакуумную камеру, где происходит возгонка (сублимация) растворителя.
Электроспиннинг – способ получения полимерных волокон в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора или расплава.