Заключение
Интерес к материалам, полученным из крови, связан с их уникальными свойствами.
Сама плазма крови и ее продукты содержат белки, способные обеспечивать рост, пролиферацию и дифференцировку клеток входящих в состав биоинженерной конструкции или мигрирующих в нее из окружающих тканей путем активации различных механизмов клеточной сигнализации.
Создаются клеточно-инженернерные конструкции на основе бестромбоцитарной и обогащенной тромбоцитами плазмы крови (PRP) путем полимеризации ее компонентов агентами природного происхождения.
Также широко в качестве материала для скаффолдов используются отдельные белки, выделенные из крови, или их комплексы, полученные, как правило, путем лиофилизации.
В этом случае формирование клеточных матриц может быть основано на применении таких методик, как электроспиннинг [11], криогелеобразование [60] и др., позволяющих создавать пористые материалы на основе компонентов крови с сохранением их биологической активности.
Внеклеточные матриксы, получаемые из компонентов крови, обладают высокой степенью гидратированности, пористостью и микроволокни- стой структурой, что дает возможность обеспечить высокую площадь поверхности для прикрепления клеток и условия для поддержания их жизнеспособности, миграции и пролиферации, а так же индукции ангиогенеза скаффолда.
Большой интерес в тканевой инженерии вызывают тромбоцитарные продукты. Это связано с высоким содержанием в них комплекса биологически активных веществ, способных обуславливать целый ряд клеточных процессов, а также обладающих проангиогенным потенциалом.
Материалы на основе компонентов крови имеют высокую биологическую активность, что в конечном счете обуславливает регенеративный потенциал скаффолдов при имплантации в поврежденные ткани.
Таким образом, компоненты крови, в частности плазма крови, обогащенная тромбоцитами плазма крови, отдельные белки, тромбоциты, лизат тромбоцитов и факторы роста являются перспективными и востребованными материалами в тканевой инженерии.
Литература / References
1. Ларионов ПМ, Садовой МА, Самохин АГ, Рожнова ОМ, Гусев АФ, Принц ВЯ, Селезнев ВА, Голод СВ, Принц АВ, Корнеев ИА, Комонов АИ, Мамонова ЕВ, Малютина ЮН, Батаев ВА. Создание тканеинженерного эквивалента костной ткани и перспективы его использования в травматологии и ортопедии. Хирургия позвоночника. 2014;(3):77-85. [Larionov PM, Sadovoy MA, Samokhin AG, Rozhnova OM, Gusev AF, Prints VYa, Seleznev VA, Golod SV, Prints AV, Korneev IA, Komonov AI, Mamonova EV, Malyutina YuN, Bataev VA. Creation of tissue-engineered living bone equivalent and prospects for its application in traumatology and orthopaedics. Journal of Spine Surgery. 2014;(3):77-85. (In Russian)]
2. Николаева ЕД. Биополимеры для клеточной и тканевой инженерии. Журнал Сибирского Федерального Университета. Биология. 2014;7(2):222-233. [Nikolaeva ED. Biopolymers for Tissue Engineering. Journal of Siberian Federal University. Biology. 2014;7(2):222-233. (in Russian)]
3. Mosesson MW Fibrinogen and fibrin structure and functions. Journal of Thrombosis and Haemostasis. 2005;3(8): 1894-1904.DOI:10.1111/j.1538-7836.2005.01365.x
4. Barsotti MC, Magera A, Armani C, Chiellini F, FeliceDinucci D, Piras AM, Minnocci A, Solaro R, Soldani Balbarini A, Stefano R. Di. Fibrin acts as biomimetic niche inducing both differentiation and stem cell marker expression of early human endothelial progenitor cells. Cell Proliferation. 2011;44(1):33-48. DOI:10.1111/j.1365- 2184.2010.00715.x
5. Blomback B, Bark N. Fibrinopeptides and fibrin gel structure. Biophysical Chemistry. 2004;112(2-3):147-51. D0I:10.1016/j.bpc.2004.07.013
6. Weisel JW, Litvinov RI. Mechanisms offibrin polymerization and clinical implications. Blood. 2013;121(10):1712- 9. D0I:10.1182/blood-2012-09-306639
7. Sadeghi-Ataabadi M, Mostafavi-Pour Z, Vojdani Z, Sani M, Latifi M, Talaei-Khozani T. Fabrication and characterization of platelet-rich plasma scaffolds for tissue engineering applications. Materials Science and Engineering. C, Materials for Biological Applications. 2017;(71):372-380. D0I:10.1016/j.msec.2016.10.001
8. Ho W, Tawil B, Dunn JC, Wu BM. The behavior of human mesenchymal stem cells in 3D fibrin clots: dependence on fibrinogen concentration and clot structure. Tissue Engineering. 2006;12(6):1587-95. D0I:10.1089/ ten.2006.12.1587
9. Rowe SL, Lee S, Stegemann JP Influence of thrombin concentration on the mechanical and morphological properties of cell-seeded fibrin hydrogels. Acta Biomate- rialia. 2007;3(1):59-67. D0I:10.1016/j.actbio.2006.08.006
10. Brown AE, Litvinov RI, Discher DE, Purohit PK, Weisel JW Multiscale mechanics of fibrin polymer: gel stretching with protein unfolding and loss of water. Science. 2009;325(5941):741-4. D0I:10.1126/science.1172484
11. Kuhn AI, Mьller M, Knigge S, Glasmacher B. Novel blood protein based scaffolds for cardiovascular tissue engineering. Current Directions in Biomedical Engineering. 2016;2(1):5-9. D0I:10.1515/cdbme-2016-0005
12. Sell SA, Francis MP, Garg K, McClure MJ, Simpson DG, Bowlin GL. Cross-linking methods of electrospun fibrinogen scaffolds for tissue engineering applications. Biomedical Materials. 2008;3(4):45001. D0I:10.1088/1748- 6041/3/4/045001
13. Falvo MR, Gorkun 0V, Lord ST. The molecular origins of the mechanical properties of fibrin. Biophysical Chemistry. 2010; 152(1-3): 15-20. D01:10.1016/j. bpc.2010.08.009
14. Thomson KS, Dupras SK, Murry CE, Scatena M, Regnier M. Proangiogenic microtemplated fibrin scaffolds containing aprotinin promote improved wound healing responses. Angiogenesis. 2014;17(1):195-205. DOI:10.1007/s10456-013-9388-z
15. Шпичка АИ, Королева АВ, Дайвик А, Тима- шев ПС, Семенова ЕФ, Моисеева ИЯ, Коноплянников МА, Чичков БН. Оценка васкулогенного потенциала гидрогелей на основе модифицированного фибрина. Цитология. 2016;58(10):785-91. [Shpichka AI, Koroleva AV, Dajwik A, Timashev PS, Semenova EF, Moiseeva IYa, Konoplyannikov MA, Chichkov BN. Evaluation of the vasculogenic potential of modified fibrin hydrogel. Tsy- tologiya. 2016;58(10):785-91. (in Russian)]
16. Chung E, Rytlewski JA, Merchant AG, Dhada KS, Lewis EW, Suggs LJ. Fibrin-based 3D matrices induce angiogenic behavior of adipose-derived stem cells. Acta Biomaterialia. 2015;(17):78-88. DOI:10.1016/j.act- bio.2015.01.012
17. Rowe SL, Stegemann JP Interpenetrating collagen-fibrin composite matrices with varying protein contents and ratios. Biomacromolecules. 2006;7(11):2942-8. DOI:10.1021/bm0602233
18. Vogel S, Arnoldini S, Moller S, Schnabelrauch M, Hempel U. Sulfated hyaluronan alters fibronectin matrix assembly and promotes osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells. Scientific Reports. 2016;(6):36418. DOI:10.1038/srep36418
19. Brougham CM, Levingstone TJ, Jockenhoevel S, Flanagan TC, O'Brien FJ. Incorporation of fibrin into a col- lagen-glycosaminoglycan matrix results in a scaffold with improved mechanical properties and enhanced capacity to resist cell-mediated contraction. Acta Biomaterialia. 2015;(26):205-214. DOI:10.1016/j.actbio.2015.08.022
20. Clark RA, Tonnesen MG, Gailit J, Cheresh DA. Transient functional expression of alpha v beta 3 on vascular cells during wound repair. The American Journal of Pathology. 1996;148(5):1407-21.
21. Kaijzel EL, Koolwijk P, van Erck MG, van Hinsbergh VW, de Maat MP Molecular weight fibrinogen variants determine angiogenesis rate in a fibrin matrix in vitro and in vivo. Journal of Thrombosis and Haemostasis. 2006;4(9): 1975-1981.DOI:10.1111/j.1538-7836.2006.02081.x
22. Laurens N, Engelse MA, Jungerius C, Lowik CW, van Hinsbergh VW, Koolwijk P Single and combined effects of alphavbeta3- and alpha5beta1-integrins on capillary tube formation in a human fibrinous matrix. Angiogenesis. 2009;12(3):275-85. DOI:10.1007/s10456-009- 9150-8
23. Bootle-Wilbraham CA, Tazzyman S, Thompson WD, Stirk CM, Lewis CE. Fibrin fragment E stimulates the proliferation, migration and differentiation of human microvascular endothelial cells in vitro. Angiogenesis. 2001;4(4):269-75. DOI:10.1023/A:1016076121918
24. Sahni A, Guo M, Sahni SK, Francis CW. Interleukin-1 в but not IL-1a binds to fibrinogen and fibrin and has enhanced activity in the bound form. Blood. 2004;104(2):409-14. D0I:10.1182/blood-2004-01-0126
25. Martino MM, Briquez PS, Ranga A, LutolfMP, Hubbell JA. Heparin-binding domain of fibrin(ogen) binds growth factors and promotes tissue repair when incorporated within a synthetic matrix. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013;110(12):4563-8. D0I:10.1073/pnas.1221602110
26. Briganti E, Spiller D, Mirtelli C, Kull S, Counoupas C, Losi P, Senesi S, Di Stefano R, Soldani G. A composite fibrin-based scaffold for controlled delivery of bioactive pro-angiogenetic growth factors. Journal of Controlled Release : Official Journal of the Controlled Release Society. 2010;142(1):14-21. D0I:10.1016/j.jconrel.2009.09.029
27. Panetti TS, Kudryk BJ, Mosher DF. Interaction of recombinant procollagen and properdin modules of thrombospondin-1 with heparin and fibrinogen/fibrin. The Journal of Biological Chemistry. 1999;274(1):430-7. D0I:10.1074/jbc.274.1.430
28. Hadjipanayi E, Kuhn PH, Moog P, Bauer AT, Kuekrek H, Mirzoyan L, Hummel A, Kirchhoff K, Salgin B, Isenburg S, Dornseifer U, Ninkovic M, Machens HG, Schilling AF. The fibrin matrix regulates angiogenic responses within the hemostatic microenvironment through biochemical control. Public Library of Science One. 2015;10(8):e0135618. D0I:10.1371/journal.pone.0135618
29. Jockenhoevel S, Flanagan TC. Cardiovascular tissue engineering based on fibrin-gel-scaffolds. In: In Tissue Engineering for Tissue and 0rgan Regeneration. Slavka Krautzeka: InTech; 2011:35-48.
30. Кузнецова ДС, Тимашев ПС, Баграташвили ВН, Загайнова ЕВ. Костные импланты на основе скаффол- дов и клеточных систем в тканевой инженерии (обзор). Современные технологии в медицине. 2014;6(4)201-212. [Kuznetsova DS, Timashev PS, Bagratashvili VN, Zagayno- va EV. Scaffold- and cell system-based bone grafts in tissue engineering (review). Modern Technologies in Medicine. 2014;6(4)201-212. (in Russian)]
31. Биохимия. Под ред. Северина Е.С.М: ГЭО- ТАР-Медиа; 2003:715 с. [Biochem. Severina ES, editor. Mosc.: GE0TAR-Media; 2003:715 p. (in Russian)]
32. Feng Q, Chai C, Jiang XS, Leong KW, Mao HQ. Expansion of engrafting human hematopoietic stem/ progenitor cells in three-dimensional scaffolds with surface-immobilized fibronectin. Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 2006;78(4):781-91. D0I:10.1002/ jbm.a.30829
33. Bourdoulous S, Orend G, MacKenna DA, Pasqual- ini R, Ruoslahti E. Fibronectin matrix regulates activation of RHO and CDC42 GTPases and cell cycle progression. The Journal of Cell Biology. 1998;143(1):267-76. DOI:10.1083/jcb.143.1.267
34. Morla A, Zhang Z, Ruoslahti E. Superfibronec- tin is a functionally distinct form of fibronectin. Nature. 1994;367(6459):193-196. DOI:10.1038/367193a0
35. Sechler JL, Schwarzbauer JE. Control of cell cycle progression by fibronectin matrix architecture. The Journal of Biological Chemistry. 1998;273(40):25533-6.
36. Chrzanowska-Wodnicka M, Burridge K. Rho-stim- ulated contractiliry drives the formation of stress fibers and focal adhesions. The Journal of Cell Biology. 1996;133(6):1403-15.
37. Zhang Q, Magnusson MK, Mosher DF. Lysophos- phatidic acid and microtubule-destabilizing agents stimulate fibronectin matrix assembly through Rho-dependent actin stress fiber formation and cell contraction. Molecular Biology of the Cell. 1997;8(8):1415-25. DOI:10.1091/ mbc.8.8.1415
38. Ramanathan A, Karuri N. Fibronectin alters the rate of formation and structure of the fibrin matrix. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2014;443(2):395-9. DOI:10.1016/j.bbrc.2013.11.090
39. George EL, Baldwin HS, Hynes RO. Fibronectins are essential for heart and blood vessel morphogenesis but are dispensable for initial specification of precursor cells. Blood. 1997;90(8):3073-81
40. Caiado F, Carvalho T, Silva F, Castro C, Clode N, Dye JF, Dias S. The role of fibrin E on the modulation of endothelial progenitors adhesion, differentiation and angiogenic growth factor production and the promotion of wound healing. Biomaterials. 2011;32(29):7096-105. DOI:10.1016/j.biomaterials.2011.06.022
41. Foolen J, Shiu JY, Mitsi M, Zhang Y, Chen CS, Vogel V. Full-length fibronectin drives fibroblast accumulation at the surface of collagen microtissues during cell-induced tissue morphogenesis. Public Library of Science One. 2016;11(8):e0160369. DOI:10.1371/journal.pone.0160369
42. Moulisova V, Gonzalez-Garcia C, Cantini M, Rodri- go-Navarro A, Weaver J, Costell M, Sabater I Serra R, Dal- by MJ, Garcia AJ, Salmeron-Sanchez M. Engineered microenvir. for synergistic VEGF - Integrin signalling during vascular. Biomaterials. 2017;(126):61- 74. DOI:10.1016/ j.biomaterials. 2017.02.024
43. Hielscher A, Ellis K, Qiu C, Porterfield J, Gerecht S. Fibronectin deposition participates in extracellular matrix assembly and vascular morphogenesis. Public Library of Science One. 2016;11(1):e0147600. DOI:10.1371/journal. pone.0147600
44. Vogel V, Baneyx G. The tissue engineering puzzle: a molecular perspective. Annual Review of Biomedical Engineering. 2003;(5):441 -63. DOI:10.1146/annurev.bio- eng.5.040202.121615
45. Li B, Moshfegh C, Lin Z, Albuschies J, Vogel V. Mesenchymal Stem Cells Exploit Extracellular Matrix as Mechanotransducer. Scientific Reports. 2013;(3):2425. DOI:10.1038/srep02425
46. Moroz A, Felisbino SL, Deffune E. Platelet and plasma bioactive scaffolds for stem cell differentiation : What are we missing ? Platelets. 2014;25(7):556-7. DOI:10 .3109/09537104.2013.836748
47. Сергеева НС, Шанский ЯД, Свиридова ИК, Кирсанова ВА, Ахмедова СА, Кувшинова ЕА, Мейснер ИС. Биологич. эффекты тромбоцитарного лизата при добавлении в среду культивирования клеток человека. Гены и клетки. 2014;9(1):77-85. [Sergeeva NS, Shanskij YAD, Sviridova IK, Kirsanova VA, Ahmedo- va SA, Kuvshinova EA, Mejsner IS. Biolog. effects of platelet lysate added to cult. medium of human cells. Genes and Cells. 2014;9(1):77-85. (in Rus.)]
48. Burnouf T, Strunk D, Koh MB, Schallmoser K. Human platelet lysate: Replacing fetal bovine serum as a gold standard for human cell propagation? Biomaterials. 2016;76:371-387. D0I:10.1016/j.biomaterials.2015.10.065
49. Li B, Wang H, Zhou G, Zhang J, Su X, Huang Z, Li Q, Wu Z, Qiu G. VEGF-loaded biomimetic scaffolds: a promising approach to improve angiogenesis and osteogenesis in an ischemic environment. RSC Advances. 2017;7(8):4253-9. D0I:10.1039/C6RA25294J
50. Lu P, Graham L, Wang Y, Wu D, Tuszynski M. Promotion of survival and differentiation of neural stem cells with fibrin and growth factor cocktails after severe spinal cord injury. Journal of Visualized Experiments : JoVE. 2014;(89):e50641. D0I:10.3791/50641
51. Smith AO, Bowers SLK, Stratman AN, Davis GE. Hematopoietic stem cell cytokines and fibroblast growth factor-2 stimulate human endothelial cell-pericyte tube co-assembly in 3D fibrin matrices under serum-free defined conditions. Public Library of Science One. 2013;8(12): e85147. D0I:10.1371/journal.pone.0085147
52. Vocetkova K, Buzgo M, Sovkova V, Bezdekova D, Kneppo P, Amler E. Nanofibrous polycaprolactone scaffolds with adhered platelets stimulate proliferation of skin cells. Cell Proliferation. 2016;49(5):568-578. D0I:10.1111/ cpr.12276
53. Болдырева ОВ, Вахрушев СГ, Торопова ЛА. Применение плазмы, обогащенной тромбоцитами, в медицинской практике. Соврем.проблемы науки и образования. 2016;(5). Ссылка активна на 09.11.2017. [Boldyreva 0V, Vahrushev SG, Toropova LA. The use of platelet-rich plasma in medical practice. Modern Problems of Science and Education. 2016;(5). Accessed November 9, 2017. (in Russian)] https://science-education.ru/ru/arti- cle/view?id=25196
54. Оболенский ВН, Ермолова ДА. Применение тромбоцитарных факторов роста и коллагеновых биопрепаратов в лечении больных с хроническими трофическими язвами различной этиологии. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2012;(5):42-47. [Obolenskij VN, Ermolova DA. The use of thrombocytic growth factors and collagen-containing substances in treatment of the chronic wounds of various etiology. Journal Surgery named after N.I. Pirogov.2012;(5):42-47. (in Russian)]
55. Wang P, Qu Y, Man Y. Platelet-rich plasma as a scaffold for injectable soft-tissue augmentation. Cytotherapy. 2010;12(5):701-2. DOI: 10.3109/14653249.2010.487901
56. Kon E, Filardo G, Delcogliano M, Fini M, Salamanna F, Giavaresi G, Martin I, Marcacci M. Platelet autologous growth factors decrease the osteochondral regeneration capability of a collagen-hydroxyapatite scaffold in a sheep model. BMC Musculoskeletal Disorders. 2010;11:220. DOI:10.1186/1471-2474-11-220
57. Robinson ST, Douglas AM, Chadid T, Kuo K, Rajabalan A, Li H, Copland IB, Barker TH, Galipeau J, Brewster LP A novel platelet lysate hydrogel for endothelial cell and mesenchymal stem cell-directed neovascularization. Acta Biomaterialia. 2016;36:86-98. D0I:10.1016/j.actbio.2016.03.002
58. Leotot J, Coquelin L, Bodivit G, Bierling P, Hernigou P, Rouard H, Chevallier N. Platelet lysate coating on scaffolds directly and indirectly enhances cell migration, improving bone and blood vessel formation. Acta Biomaterialia. 2013;9(5):6630-40. DOI: 10.1016/j. actbio.2013.02.003
59. Losi P, Briganti E, Sanguinetti E, Burchielli S, Al Kayal T, Soldani G. Healing effect of a fibrin-based scaffold loaded with platelet lysate in full-thickness skin wounds. Journal of Bioactive and Compatible Polymers. 2015;30(2):222-37. DOI:10.1177/0883911514568436
60. Elowsson L, Kirsebom H, Carmignac V, Mattias- son B, Durbeej M. Evaluation of macroporous blood and plasma scaffolds for skeletal muscle tissue engineering. Biomaterials Science. 2013;1(4):402-10. DOI:10.1039/c2b- m00054g