«Полимеры сегодня - один из самых перспективных классов биоматериалов, — говорит директор компании, доктор медицинских наук, профессор СибГМУ и руководитель научно-образовательного центра «Биосовместимые материалы и биоинженерия» Игорь Хлусов. — Промышленность может создать полимер с практически любыми биомеханическими свойствами, но проблема в том, что они пока не соответствуют параметрам биологической ткани — по физико-химическим и биологическим показателям».
В медицине полимеры стали использовать совсем недавно в сравнении с металлами и керамикой. Полимеры более перспективные материалы, но менее «понятные» для организма человека. Поэтому специалисты «Биоконструктор-С» разрабатывают модификации полимерного материала, пытаясь приблизить его свойства к характеристикам внутренних биологических тканей.
«Возникла идея найти такие параметры, чтобы полимер при введении в организм вызывал не отторжение и воспаление, а целенаправленно способствовал регенерации ткани при заболеваниях или повреждениях органов», — уточняет Игорь Хлусов.
По словам биоинженеров, регенерация в организме начинается со стволовых клеток. Чтобы запустить процесс, необходимо «подтолкнуть» клетку к развитию в определенном направлении, а для этого требуется знать и смоделировать ее микроокружение, как биологическое, так и, прежде всего, физико-химическое.
«Истинная стволовая клетка почти не имеет рецепторов, поэтому биологическими методами стимулировать ее достаточно проблематично, — объясняет Игорь Хлусов. — Но можно сделать это химическими и физическими способами, так как это запрограммировано в ходе эволюции. С самых ранних этапов эволюции на Земле была радиация, электромагнитное поле, присутствовали химические элементы, и в этом микроокружении зарождалась жизнь. Чтобы активировать программу регенерации, нужно воссоздать тщательно просчитанные физико-химические и геометрические микроусловия: они разблокируют соответствующие гены, и стволовая клетка даст нужную популяцию клеток или ткань».
Как рассказал руководитель компании «Биоконструктор-С», в мире активно занимаются созданием биологического микроокружения в 2D- и 3D-проекции. Метод так называемого биопринтинга работает примерно так: берут полимер (гель), в компьютерной программе проектируют места расположения клеток, и печатают орган на 3D-принтере с помощью двух картриджей. Процедура получается весьма дорогостоящей, к тому же возникают проблемы с хранением, транспортировкой, и пересадкой и функционированием таких органов. Томские же ученые предлагают создавать полимер, на поверхности или в объеме в которого уже заложена эпигенетическая информация о «судьбе» стволовых клеток, намечен вектор их развития в структурно-функциональные единицы конкретного органа. Чтобы запустить регенерацию, достаточно ввести такой «умный» материал в организм. Таким образом, биотехнологическая стадия вне тела (распечатка органа, хранение, транспортировка) практически исключается.
«У 99,9 процента взрослого населения Земли полная регенерация внутренних органов не происходит, а на месте дефекта образуется рубец. Программа регенерации у взрослого человека в условиях воспалительной реакции весьма ограничена, чтобы исключить онкологические риски, — подчеркивает Игорь Хлусов. — Если в поврежденный участок ввести матрикс (модифицированный полимер) с заложенной информацией о микротерриториях (нишах) стволовых клеток этого органа, то велика вероятность запускает процесса восстановления не только стромы, но и паренхимы. Сам матрикс после выполнения программы рассасывается».
Теоретически, говорит Хлусов, таким методом можно будет запускать регенерацию любого внутреннего органа, подбирая нужную модификацию полимера. Ученые уже определили параметры ниши стволовой клетки для костной ткани (результаты уже применяются в производстве изделий для регенерации костей), готовы адаптировать концепцию для мышечных и, впоследствии, эпителиальных клеток. Однако о сроках завершения исследований говорить пока рано.
«Концепция есть, сейчас необходимо наладить кооперацию с физиками, химиками, маетираловедами, которые могли бы создавать подходящие матрицы для моделирования микротерриторий. В современной медицине, в основном, применяется заместительная терапия, необходимо искать регенеративные подходы, которые бы заставляли работать собственные стволовые клетки в нужном направлении. Это медицина ближайшего будущего», — заключает Игорь Хлусов.
Все работы компания «Биоконструктор-С» ведет совместно с Томским политехническим университетом, Институтом физики прочности и материаловедения СО РАН, Сибирским государственным медицинским университетом, Балтийским федеральным университетом им. И. Канта.
Компания «Биоконструктор-С» создана в конце 2011 года сотрудниками ИФПМ СО РАН, ТПУ и СибГМУ. Специализируется на разработке технологий тканевых биоконструкторов и клеточных биочипов.
