Біоінженерні основи отримання ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу для використання у кардіохірургії
Вантажиться...
Дата
2023
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Щоткіна Н.В. Біоінженерні основи отримання ліофілізованого
тканинномодифікованого біосумісного матриксу для використання у
кардіохірургії – кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за
спеціальністю 163 – Біомедична інженерія. Національний технічний
університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря
Сікорського”, Київ, 2023.
Актуальність теми дослідження. На сьогодні в світі проводиться
близько 275 тис. хірургічних операцій на рік з імплантації протезів серцевого
клапана як механічного, так і біологічного походження. Однак їх
використання має низку недоліків, таких як ризик тромбоемболії, потреба в
довічній антикоагуляційній терапії (механічні протези), недовговічність і
необхідність заміни протеза (біологічні). Альтернативою виступають
біоімпланти, створені на основі ксенотканин (наприклад, коней, свиней,
великої рогатої худоби (ВРХ)), що за своїми механічними та біологічними
властивостями близькі до тканин організму людини. Імплантати, створені на
основі позаклітинного матриксу, очищеного від клітин шляхом
децелюляризації (біоінженерної трансформації) тканини, все частіше
використовуються в реконструктивній та регенеративній медицині, оскільки
забезпечують репопуляцію власними клітинами реципієнта, швидке зростання
та відновлення. Крім того, такі біоімпланти вважаються менш схильними до
кальцифікації та забезпечують ідеальні гемодинамічні параметри. За своїми
біомеханічними властивостями позаклітинний матрикс мало відрізняється від
власне перикардіальної тканини й тому підходить для використання при заміні
серцевих клапанів у дорослих і корекції вроджених вад серця у дітей.
На європейському й американському ринках представлені комерційні
ксенотрансплантати для кардіохірургії, децелюляризовані за різними
методиками. Однак існує низка факторів, що обмежують їх застосування. Поперше, методики їх виготовлення здебільшого передбачають використання
цитотоксичних альдегідів, що може в одиничних випадках викликати
відторгнення трансплантата. В той же час безглютарові матрикси зростають у
вартості в 3-4 рази. Крім економічної складової, важливим аспектом є
довготривалість сертифікації закордонної медичної продукції в Україні, що
особливо ускладнено під час епідеміологічних обмежень і воєнного стану.
З огляду на гостру потребу медицини в якісному біологічному матеріалі
вітчизняними науковцями була розроблена унікальна методика
децелюляризації тканинномодифікованого матриксу перикарда ВРХ, що вже
успішно пройшла стадію доклінічних досліджень. Однак для подальшої
сертифікації продукту постало завдання в налагодженні економічно вигідного
виробництва із дотриманням стандартів і законодавчих вимог. У той же час
потребує подальшого дослідження вплив стерилізації та ліофілізації на
властивості новостворених трансплантатів, що і визначає актуальність
визначення оптимальних параметрів технології, адже і стерилізація, і
ліофілізація можуть суттєво впливати на стабільність тканини. Таким чином,
актуальність цього дослідження обумовлена необхідністю оптимізувати
параметри процесу виробництва тканинномодифікованого матриксу та
забезпечити довготривале зберігання продукту без втрати функціональних
особливостей. Створення унікальної технологічної карти виробництва дасть
змогу сертифікувати виріб медичного призначення і пришвидшить процес
його застосування в кардіохірургічній практиці.
Метою роботи було обґрунтування біоінженерних підходів до
одержання ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу
на основі перикарда ВРХ, придатного для використання в кардіохірургії.
Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати такі задачі:
1) удосконалити схему отримання тканинномодифікованого
матриксу із перикарда ВРХ на основі аналізу критичних точок технології для
покращення якісних і техніко-економічних характеристик ксеногенного
біоімпланта;
2) удосконалити схему стерилізації тканинномодифікованого
матриксу на основі перикарда ВРХ;
3) розробити технологічний прийом забезпечення стабільності
тканинномодифікованого матриксу на основі перикарда ВРХ за умов
довготривалого зберігання з використанням технології ліофілізації;
4) розробити апаратурну та технологічну схеми виробництва
ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу на основі
перикарда ВРХ.
Наукова новизна отриманих результатів. Уперше обґрунтовано та
розроблено апаратурну та технологічну схеми отримання ліофілізованого
тканинномодифікованого біосумісного матриксу перикарда ВРХ на основі
високоефективного методу децелюляризації ксеногенного біоматеріалу, яка
забезпечує технологічне та біоінженерне оснащення виробництва біоімпланта.
Вперше науково обґрунтовано й розроблено алгоритм стерилізації та
ліофілізації тканинномодифікованого матриксу зі збереженням архітектоніки
колаген-еластинового каркасу, що дає можливість використовувати його як
біоімплант у кардіохірургічний практиці. Отриманий за розробленою схемою
медичний виріб являє собою латку з перикарда ВРХ, призначену для усунення
дефектів у серцево-судинній хірургії шляхом імплантації в організм донора.
Результати роботи доповнили сучасні науково-методичні підходи до
створення та довготривалого зберігання біосумісних ксеногенних матеріалів
(трансплантатів) для використання в кардіохірургії.
Практичне значення отриманих результатів. За результатами
проведених експериментальних досліджень було отримано оптимізовану
схему децелюляризації тканини перикарда ВРХ, що дало змогу більш ніж у 3
рази скоротити час виробництва біоімпланта. Визначення раціональних умов
стерилізації шляхом опромінення та ліофілізації дає змогу зберегти структуру
колаген-еластинового каркасу тканинномодифікованого матриксу, близьку за
своїми характеристиками до нативного перикарда, що є важливим при
кардіохірургічний пластиці.
Результати роботи впроваджено з 2022/23 н.р. у викладання курсів
“Біоматеріали і біотехнології” та “Клітинна, тканинна та біофармацевтична
інженерія” для студентів спеціальності 163 – Біомедична інженерія на кафедрі
трансляційної медичної біоінженерії КПІ ім. Ігоря Сікорського (довідка про
використання результатів дисертаційної роботи від 11.07.2022 р.) та у
виробничому процесі товариства з обмеженою відповідальністю «ІКСПАНД»
(довідка про використання результатів дисертаційної роботи від
30.01.2023 р.).
Основні положення роботи викладені в 11 наукових працях, у тому
числі в 3 статтях у наукових фахових виданнях України за спеціальнічтю 163
- Біомедична інженерія, у 3 що включенні до міжнародної наукометричної
бази даних Scopus, у тому числі в 2 статтях у закордонних фахових виданнях,
у 4 тезах конгресів, з’їздів, наукових конференцій.
Опис
Ключові слова
біоінженерія, біоімплант, ліофілізація, децелюляризація, ксенотканина, стерилізація, bioengineering, bioimplant, lyophilization, decellularization, xenotissue, sterilization
Бібліографічний опис
Щоткіна, Н. В. Біоінженерні основи отримання ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу для використання у кардіохірургії : дис. ... доктора філософії : 163 – Біомедична інженерія / Щоткіна Наталія Володимирівна. - Київ, 2023. - 191 с.