Местная биосовместимость и биохимические маркеры цитолиза гепатоцитов при подкожной имплантации полилактидных матриц

Цель. Исследование местной биосовместимости и системных эффектов нетканых полилактидных (PLA) матриксов на показатели крови и печени после подкожной имплантации крысам стока Wistar.

Материалы и методы. Биодеградируемые волокнистые PLA матриксы изготовлены методом электроспиннинга, имели размеры (10 × 10 мм², толщина не более 0,5 мм; диаметр волокон в матриксе ~1 мкм), пригодные для подкожного введения белым лабораторным крысам. Полимерные изделия стерилизовали в парах этиленоксида. Через 30 сут после имплантации PLA матриксов изучены местная биосовместимость согласно ГОСТ ISO 10993-6-2011, клеточные (общее количество лейкоцитов, гемограмма, число эритроцитов, концентрация гемоглобина) и биохимические показатели крови (концентрация лактата, активность аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ)), определена стандартная гистологическая оценка состояния печени. Проведены компьютерная морфометрия цифровых изображений гистологических срезов и статистическая обработка результатов.

Результаты. Образцы PLA матрикса являлись легкими местными раздражителями в шкале 1–1,9 балла согласно критериям ГОСТ ISO 10993-6-2011 через 30 сут после подкожной имплантации. Медианная плотность распределения гигантских многоядерных клеток инородных тел (ГМКИТ) в соединительной ткани вокруг и в структуре PLA матриксов составила 1 500 (1 350; 1 550) на 1 мм2 среза. Имела место выраженная лейкоцитарная реакция крови, обусловленная лимфоцитозом (в 1,7 раза по сравнению с ложнооперированным (ЛО) контролем, р < 0,02). Отсутствие значительного нейтрофилеза крови свидетельствовало об асептическом характере воспаления, протекающего в подкожной клетчатке вокруг PLA материалов. В крови отмечена нормализация маркеров цитолиза гепатоцитов (активности АЛТ и АСТ), повышенных у ЛО животных (АЛТ – до 123% и АСТ – до 142%, p < 0,001 в сравнении с интактными значениями), без выраженных изменений структуры печени и числа двуядерных гепатоцитов.

Заключение. Нетканые PLA матриксы биосовместимы с подкожной клетчаткой, подвергаются биорезорбции ГМКИТ, обладают дистантным протекторным действием на функциональное состояние печени у лабораторных животных. Обсуждены гипотезы обнаруженного системного эффекта при подкожной имплантации PLA матриц. Однако конкретные механизмы требуют дальнейшего изучения.

1. Jafari M., Paknejad Z., Rad M.R., Motamedian S.R., Eghbal M.J., Nadjmi N. et al. Polymeric scaffolds in tissue engineering: a literature review. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2017;105(2):431–459. DOI: 10.1002/jbm.b.33547.

2. Jukkala-Partio K., Laitinen O., Vasenius J., Partio E.K., Toivonen T., Tervahartiala P. et al. Healing of subcapital femoral osteotomies fixed with self-reinforced poly-L-lactide screws: an experimental long-term study in sheep. Arch. Orthop. Trauma Surg. 2002;122(6):360–364. DOI: 10.1007/s00402-0010379-y.

3. Zhou J., Han S., Dou Y., Lu J., Wang C., He H. et al. Nanostructured poly(L-lactide) matrix as novel platform for drug delivery. Int. J. Pharm. 2013;448(1):175–188. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2013.03.038.

4. Wulf K., Arbeiter D., Matschegewski C., Teske M., Huling J., Schmitz K.P. et al. Smart releasing electrospun nanofibers-poly: L. lactide fibers as dual drug delivery system for biomedical application. Biomed. Mater. 2020;16(1):015022. DOI: 10.1088/1748-605X/abbec8.

5. Biomaterials science: an introduction to materials in medicine; 2nd ed.; ed. by B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen, J.E. Lemons. San Diego: Elsevier Academic Press; 2004:851.

6. Do A.V., Khorsand B., Geary S.M., Salem A.K. 3D printing of scaffolds for tissue regeneration applications. Adv. Healthc. Mater. 2015;4(12):1742–1762. DOI: 10.1002/adhm.201500168.

7. Daristotle J.L., Behrens A.M., Sandler A.D., Kofinas P.A Review of the Fundamental Principles and Applications of Solution Blow Spinning. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016;8(51):34951–34963. DOI: 10.1021/acsami.6b12994.

8. Tverdokhlebov S.I., Stankevich K.S., Bolbasov E.N., Khlusov I.A., Kulagina I.V., Zaytsev K.V. Nonwoven polylactide scaffolds obtained by solution blow spinning and the in vitro degradation dynamics. Advanced Materials Research. 2014;872:257–263.

9. Bolbasov E.N., Popkov A.V., Popkov D.A., Gorbach E.N., Khlusov I.A., Golovkin A.S.et al. Osteoinductive composite coatings for flexible intramedullary nails. Mater Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2017;75:207–220. DOI: 10.1016/j.msec.2017.02.073.

10. Меньшиков В.В., Делекторская Л.Н., Золотницкая Р.П. и др. Лабораторные методы исследования в клинике: справочник; под ред. В.В. Меньшикова. М.: 1987:368.

11. Автандилов Г.Г. Диагностическая медицинская плоидометрия. М.: Медицина; 2006:192.

12. Clark D., Nakamura M., Miclau T., Marcucio R. Effects of aging on fracture healing. Curr. Osteoporos. Rep. 2017;15(6):601–608. DOI: 10.1007/s11914-017-0413-9.

13. Loi F., Córdova L.A., Pajarinen J., Lin T.H., Yao Z., Goodman S.B. Inflammation, fracture and bone repair. Bone. 2016;86:119–130. DOI: 10.1016/j.bone.2016.02.020.

14. Юрова К.А., Хазиахматова О.Г., Малащенко В.В., Норкин И.К., Иванов П.А., Хлусов И.А. и др. Клеточно-молекулярные аспекты воспаления, ангиогенеза и остеогенеза. Краткий обзор. Цитология. 2020;62(5):305–315. DOI: 10.31857/S0041377120050090.

15. ElHawary H., Baradaran A., Abi-Rafeh J., Vorstenbosch J., Xu L., Efanov J.I. Bone healing and inflammation: Principles of fracture and repair. Semin. Plast. Surg. 2021;35(3):198– 203. DOI: 10.1055/s-0041-1732334.

16. Файерс Y. Биологические методы лечения фактором некроза опухолей: преклинические исследования. В кн. Биологические методы лечения онкологических заболеваний: пер. с англ.; под ред. В.T. ДеВита, С. Хеллмана, С.А. Розенберга. М.: Медицина; 2002:309–343.

17. Milenkovic L., Rettori V., Snyder G.D., Beutler B., McCann S.M. Cachectin alters anterior pituitary hormone release by a direct action in vitro. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 1989;86(7):2418–2422. DOI: 10.1073/pnas.86.7.2418.

18. Гормонотерапия: пер. с нем.; под ред. Х. Шамбаха, Г. Кнаппе, В. Карола. М.: Медицина, 1988:416.

19. Гольдберг Е.Д., Дыгай А.М., Yдут В.В., Наумов С.А., Хлусов И.А. Закономерности структурной организации систем жизнеобеспечения в норме и при развитии патологического процесса. Томск, 1996:283.

20. Yang W.H., Park H., Grau M., Heine O. Decreased blood glucose and lactate: Is a useful indicator of recovery ability in athletes? Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020;17(15):5470. DOI: 10.3390/ijerph17155470.

21. Selye H., Lemire Y., Bajusz E. Induction of bone, cartilage and hemopoietic tissue by subcutaneously implanted tissue diaphragms. Wilhelm Roux Arch. Entwickl. Mech. Org. 1960;151(5):572–585. DOI: 10.1007/BF00577813.

22. Войтенко Н.Г., Макарова М.Н., Зуева А.А. Вариабельность биохимических показателей крови и установление референсных интервалов в доклинических исследованиях. Сообщение 1: крысы. Лабораторные животные для научных исследований. 2020;(1):47–53. DOI: 10.29296/2618723X-2020-01-06.

23. Лифшиц В.М., Сидельникова В.И. Биохимические анализа в клинике: справочник. М.: МИА; 1998:303.

24. Хлусов И.А., Хлусова М.Ю. Способ дистантной стимуляции регенерации гепатоцитов: Патент РФ на изобретение № 2590859 от 15.06.2016 (опубликовано 10.07.2016, Бюл. № 19).

25. Северин М.В., Юшков Б.Г., Ястребов А.П. Регенерация тканей при экстремальных воздействиях на организм. Екатеринбург: YрГМИ, 1993:187.

26. Бадер А. Способ регенерации ткани: Патент РФ на изобретение № 2392314 от 20.06.2010.

27. Haas R., Smith J., Rocher-Ros V., Nadkarni S., Montero-Melendez T., D'Acquisto F. et al. Lactate regulates metabolic and pro-inflammatory circuits in control of T cell migration and effector functions. PLoS Biol. 2015;13(7):e1002202. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002202.

28. Pucino V., Bombardieri M., Pitzalis C., Mauro C. Lactate at the crossroads of metabolism, inflammation, and autoimmunity. Eur. J. Immunol. 2017;47(1):14–21. DOI: 10.1002/eji.201646477.

29. Бабаева А.Г. Регенерация и система иммуногенеза. М.: Медицина; 1985:256.

30. Xлусов И.А., Игумнов В.А., Чухнова Д.Л., Митасова O.Л., Зайцев К.В., Абдулкина Н.Г. и др. Локальные и системные эффекты имплантатов гиалуроновой кислоты при коррекции возрастных изменений кожи. Бюллетень сибирской медицины. 2013;12(1):61–68.

31. Grémare A., Guduric V., Bareille R., Heroguez V., Latour S., L'heureux N. et al. Characterization of printed PLA scaffolds for bone tissue engineering. J. Biomed. Mater. Res. A. 2018;106(4):887–894. DOI: 10.1002/jbm.a.36289.

32. Gangolphe L., Leon-Valdivieso C.Y., Nottelet B., Déjean S., Bethry A., Pinese C. et al. Electrospun microstructured PLAbased scaffolds featuring relevant anisotropic, mechanical and degradation characteristics for soft tissue engineering. Mater Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2021;129:112339. DOI: 10.1016/j.msec.2021.112339.

33. Wang M., Pei H., Zhang L., Guan L., Zhang R., Jia Y. et al. Hepatogenesis of adipose-derived stem cells on poly-lactide-co-glycolide scaffolds: in vitro and in vivo studies. Tissue Eng. Part C Methods. 2010;16(5):1041–1050. DOI: 10.1089/ten.TEC.2009.0244.

34. Diomede F., Gugliandolo A., Cardelli P., Merciaro I., Ettorre V., Traini T. et al. Three-dimensional printed PLA scaffold and human gingival stem cell-derived extracellular vesicles: A new tool for bone defect repair. Stem. Cell Res. Ther. 2018;9(1):104. DOI: 10.1186/s13287-018-0850-0.

35. Eğri S., Eczacıoğlu N. Sequential VEGF and BMP-2 releasing PLA-PEG-PLA scaffolds for bone tissue engineering: I. Design and in vitro tests. Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. 2017;45(2):321–329. DOI: 10.3109/21691401.2016.1147454.