Применение композитных скаффолдов на основе стеклоуглерода в инженерии костной ткани

Введение. Восстановление костных дефектов остаётся одной из острых проблем регенеративной медицины, для решения которой наиболее перспективным является использование тканево-инженерных конструкций на основе композитных скаффолдов, стимулирующих остеогенез. Одна из основных задач тканевой инженерии - разработка скаффолда, имитирующего трехмерную архитектуру, для остеогенных прогениторных клеток внутри скаффолда с возможностью взаимодействия клеток с химическими и физическими стимулами естественной кости.Цель работы - оценить возможность применения композитных скаффолдов на основе стеклоуглерода в тканевой инженерии.Материалы и методы. В данном исследовании описан воспроизводимый метод получения трехмерных пористых скаффолдов на основе стеклоуглерода с поверхностями, модифицированными пироуглеродом (CF-C) и пироуглеродом с гидроксиапатитом (СF-C-HAP), и исследованы пористость, прочностные характеристики, цитотоксичность, остеоиндуктивность полученных композитных скаффолдов. Остеогенную дифференциацию культивируемых мезенхимальных стволовых клеток (МСК) человека оценивали на скаффолдах CF-C и CF-C-HAP с использованием общих остеогенных маркеров, таких как активность щелочной фосфатазы (ЩФ), окрашивание ализарином красным и количественной ПЦР в реальном времени (qPCR).Результаты. Исследования in vitro показали биосовместимость разработанных скаффолдов. Установлена способность CF-C-HAP индуцировать дифференцировку МСК в остеогенном направлении и продуцировать кальцийсодержащий матрикс.Обсуждение. Получаемые на основе стеклоуглеродной пены скаффолды с покрытиями пироуглеродом и гидроксиапатитом обладают трехмерной структурой с открытой пористостью, прочностью, сопоставимой с прочностью замещаемой ткани, и имитируют структуру трабекулярной кости. При этом прочность стеклоуглеродной пены без покрытий отличается низкими значениями предела прочности при сжатии. Для всех исследуемых материалов установлено наличие адгезионной и пролиферативной активности МСК, высокой клеточной адгезии и отсутствие цитотоксичности. Определение уровня экспрессии мРНК методом ПЦР в реальном времени показало, что у клеток, культивированных на CS-C-HAP, через 14 сут. наблюдается экспрессия генов VDR, BMP7, IGFR1, SPP1, что демонстрирует остеогенный потенциал. Результаты наших исследований по изучению активности фосфатазы и окрашивания ализариновым красным продемонстрировали, что скаффолд CF-C-HAP стимулирует дифференцировку остеобластов in vitro в остеогенном направлении, а также процессы внутриклеточной минерализации.Заключение. Композитные скаффолды CF-C-HAP на основе стеклоуглеродной пены поддерживают пролиферацию и дифференциацию клеток и могут быть перспективными для использования в инженерии костной ткани.