Ученые Курчатовского института вырастили из клеток человека аналог кожи для тестирования фармакологических препаратов. Разработка очень перспективна в плане испытания лекарств, поскольку у исследователей отпадает необходимость проводить тесты на животных и людях. Кроме того, разработанная технология получения искусственного эквивалента кожи человека дает возможность моделировать различные заболевания, а значит, и методы борьбы с ним.
Основа деятельности лаборатории биосовместимых матриксов и тканевой инженерии Курчатовского комплекса НБИКС-технологий — фундаментальные исследования биологии кожи и особенностей ее регенерации. В частности, здесь занимаются оценкой влияния различных факторов на развитие кожи и волос, а также на их способность к восстановлению. Как рассказала «Известиям» сотрудница этой лаборатории Юлия Чикиткина, в рамках исследований создаются как двумерные, так и трехмерные модели кожи.
— Если говорить о формате 2D, то это клетки эпидермиса — кератиноциты, или дермы (внутреннего слоя кожи) — фибробласты, выращенные в монослое на жесткой основе. А к объемным (3D) моделям относятся искусственные эквиваленты кожи, включающие несколько слоев клеток и формирующие определенную пространственную структуру, — отметила Юлия Чикиткина. — В состав 3D-эквивалента могут входить различные типы клеток, соответствующие различным «отделам» кожи. Всего их три: подкожно-жировая клетчатка, дерма и эпидермис. В нашей лаборатории мы работаем с двухкомпонентными эквивалентами кожи человека, включающими аналоги дермы и эпидермиса.
Процесс выращивания кожи происходит следующим образом: сначала из эпидермиса лабораторных животных или человека выделяются кератиноциты. Для этого, как правило, используются фрагменты кожи, оставшиеся после различных хирургических операций (например, в пластической хирургии). Затем донорские клетки высевают на специальную подложку — полимерный матрикс различного состава и структуры. Такие «заготовки» помещают в чашки Петри и инкубируют при 37°C в течение полутора-двух недель. Этого времени, как правило, достаточно для формирования функционального эквивалента кожи, моделирующего многие аспекты ее физиологии.
Выращенные тканевые модели перспективны с точки зрения их применения для лечения обширных ожоговых повреждений.
— Внешне эта «кожа» очень похожа на натуральную и реагирует на различные воздействия схожим образом, несмотря на то что это искусственная ткань, выращенная «в пробирке» (in vitro). Особенно, если она выращена из клеток самого пациента и не вызывает иммунного ответа, — рассказала Юлия Чикиткина. Разрабатываемые учеными Курчатовского института модели кожи могут использоваться для доклинических испытаний различных фармакологических препаратов. Это более гуманно, чем использовать животных.
Использование кожных эквивалентов in vitro также позволяет стандартизировать методику экспериментов и, соответственно, добиться более воспроизводимых результатов, чем в экспериментах in vivo — ведь у каждого человека или животного есть индивидуальные особенности.
Ученые разработали новый полимерный материал для применения в хирургии
Еще одно преимущество искусственных аналогов нативной кожи человека — это возможность разработки модели, наиболее полно отвечающей требованиям испытаний определенного фармацевтического препарата. С использованием этой методики также возможно моделировать «в пробирке» различные кожные заболевания — например, псориаз, осложнения диабета и многие другие. Для этого ученые используют клетки, выделенные из кожи больного человека, или органотипическую культуру, представляющую собой кусочки кожи (биоптаты), полученные непосредственно от пациента (например, больного псориазом). Эти биоптаты культивируются так же, как и искусственные тканевые эквиваленты, полученные из отдельных клеток, и могут использоваться в экспериментах.
Выращивание тканей и органов in vitro — очень перспективное направление науки, сказал «Известиям» доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета Евгений Плотников.
— При доработке технологии это позволит практически неограниченно проводить эксперимент, стандартизировать его или менять его параметры под конкретные задачи, — отметил Евгений Плотников. — Получение стабильных образцов кожи имеет перспективы в лечении ожогов, обширных ран — в общем, спектр применения данной технологии весьма широк. В России законодательная база тестирования биологической активности препаратов не на животных, а на искусственных моделях тканей и органов (включая и кожу) пока не проработана. Но ученые полагают, что за этим направлением современной биомедицины – большое будущее.
