cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2017-32-3-71-76cardiotomsk-329Research ArticleВ ПОМОЩЬ ПРАКТИЧЕСКОМУ ВРАЧУTIPS TO HELP A PRACTICAL DOCTORСРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ЗАСЕЛЕНИЯ КЛЕТОЧНОГО МАТЕРИАЛА В МАТРИКСЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОСПИННИНГА И АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ФОРМИРОВАНИЯ В ТУРБУЛЕНТНОМ ГАЗОВОМ ПОТОКЕCOMPARATIVE ASSESSMENT OF THE POSSIBILITY OF CELLULAR MATERIAL COLLECTION TO MATRIXES OBTAINED BY METHODS OF ELECTROSPINNING AND AERODYNAMIC FORMATION IN A TURBULENT GAS FLOWАфанасьевС. А.AfanasievS. A.

докт. мед. наук, профессор, заведующий лабораторией молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики

Tursky@cardio-tomsk.ruМуслимоваЭ. Ф.MuslimovaE. F.

канд. мед. наук, младший научный сотрудник лаборатории молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики

muslimova@cardio-tomsk.ruНащекинаЮ. А.NashchekinaYu. A.

канд. биол. наук, научный сотрудник лаборатории биологии клетки в культуре

ulychka@mail.ruНиконовП. О.NikonovP. O.

старший лаборант-исследователь лаборатории биологии клетки в культуре

pashka2316@mail.ruРоговскаяЮ. В.RogovskayaYu. V.

канд. мед. наук, научный сотрудник лаборатории молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики

pathan@cardio.tsu.ruБольбасовЕ. Н.Bol’basovE. N.

инженер-исследователь лаборатории гибридных биоматериалов

pashka2316@mail.ruТвердохлебовС. И.TverdokhlebovS. I.

канд. физ.-мат. наук, доцент лаборатории гибридных биоматериалов

tverd@tpu.ruНаучно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, ТомскРоссияCardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences, TomskRussian FederationИнститут цитологии Российской академии наук, Санкт-ПетербургРоссияInstitute of Cytology, Russian Academy of Sciences, St. PetersburgRussian FederationНациональный исследовательский Томский политехнический университет, ТомскРоссияNational Research Tomsk Polytechnic University, TomskRussian Federation2017241120173237176Copyright © Афанасьев С.А., Муслимова Э.Ф., Нащекина Ю.А., Никонов П.О., Роговская Ю.В., Больбасов Е.Н., Твердохлебов С.И., 20172017Афанасьев С.А., Муслимова Э.Ф., Нащекина Ю.А., Никонов П.О., Роговская Ю.В., Больбасов Е.Н., Твердохлебов С.И.Afanasiev S.A., Muslimova E.F., Nashchekina Y.A., Nikonov P.O., Rogovskaya Y.V., Bol’basov E.N., Tverdokhlebov S.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/329Введение

Введение. Методы электроспиннинга и аэродинамического формирования (АЭРДФ) в газовом потоке позволяют изготавливать синтетические структуры, подобные межклеточным матриксам. Но важной является оценка пригодности таких структур для заселения клеточным материалом. Материал и методы. Рассмотрено 2 типа матрикса из полимолочной кислоты. Матрикс № 1 получен методом электро-спиннинга, матрикс № 2 — методом АЭРДФ. Структуру матриксов оценивали на электронном микроскопе. В матриксы методом динамического заселения вносили стромальные клетки костного мозга (СККМ) кролика с последующим (3 суток) культивированием матриксов в СО2-инкубаторе при 37 °С. Присутствие клеток в матриксах оценивали с помощью флуоресцентной микроскопии. Данные представляли как среднее ± стандартное отклонение. Результаты. Матрикс № 1 сформирован волокнами правильной цилиндрической формы (диаметр 1,5±0,7 мкм) без собственного рельефа. Средняя пористость составила 67±3%. В структуре матрикса № 2 имеются жгуты (диаметр 27,5±17,4 мкм), сформированные направленными волокнами (диаметр 0,44±0,14 мкм) с развитым рельефом поверхности. Средняя пористость составила 55±3% (р<0,05 при сравнении с матриксом № 1). Площадь свободной поверхности матрикса № 2 превышала этот показатель для матрикса № 1 в 8 раз. Матриксы значимо (р><0,05) различались по среднему количеству клеток: 56±9 клеток и 120±40 клеток для матрикса № 1 против 81±6 клеток и 215±18 клеток — для матрикса № 2 в 2D- и 3D-режимах соответственно. ><0,05 при сравнении с матриксом № 1). Площадь свободной поверхности матрикса № 2 превышала этот показатель для матрикса № 1 в 8 раз. Матриксы значимо (р<0,05) различались по среднему количеству клеток: 56±9 клеток и 120±40 клеток для матрикса № 1 против 81±6 клеток и 215±18 клеток — для матрикса № 2 в 2D- и 3D-режимах соответственно. Обсуждение. Лучший результат по фиксации клеток, полученный для матрикса из полимолочной кислоты, сформированного методом АЭРДФ, не противоречит данным других исследований и, видимо, обусловлен его более оптимальной пространственной организацией.

 

 

Introduction

Introduction. Methods of electrospinning and aerodynamic formation in the gas stream allow the fabrication of synthetic structures similar to intercellular matrices. But it is important to assess the suitability of such structures for colonization by cellular material. Materials and Methods. Porous matrices of polylactic acid are used. Matrix No. 1 was obtained by the method of electrospinning, matrix No. 2 — by the method of aerodynamic formation. The structure of the matrices was examined on an electron microscope. The matrices were dynamically populated with stromal cells from the rabbit’s bone marrow, then matrices were cultured for 3 days in a CO2 incubator at 37 °C. Cells were detected by fluorescence microscopy. Data were presented as mean ± standard deviation. Results. The matrices differed in structure. Matrix No. 1 was formed by fibers of regular cylindrical shape (diameter 1.5±0.7 μm) without its own relief. The average porosity was 67±3%. In the structure of matrix No.2 it was possible to single out a macrolevel represented by wisps (diameter 27.5±17.4 μm) formed by directed fibers (diameter 0.44±0.14 μm) with developed surface relief. The average porosity was 55±3% (p<0.05 as compared with matrix No. 1). The area of the free surface of matrix No. 2 exceeded this figure by 8 times for matrix No. 1. The matrices significantly (p><0.05) differed in the average number of cells: 56±9 cells and 120±40 cells for the matrix No. 1 against 81±6 cells and 215±18 cells for the matrix No. 2 in 2D and 3D regimes, respectively. Discussion. The best cell adhesion result obtained for the polylactic acid matrix formed by the aerodynamic formation method does not contradict other studies and probably was caused by its more optimal spatial organization. Keywords: nonwoven materials, electrospinning, aerodynamic formation, cell culture><0.05 as compared with matrix No. 1). The area of the free surface of matrix No. 2 exceeded this figure by 8 times for matrix No. 1. The matrices significantly (p<0.05) differed in the average number of cells: 56±9 cells and 120±40 cells for the matrix No. 1 against 81±6 cells and 215±18 cells for the matrix No. 2 in 2D and 3D regimes, respectively. Discussion. The best cell adhesion result obtained for the polylactic acid matrix formed by the aerodynamic formation method does not contradict other studies and probably was caused by its more optimal spatial organization.

 

 

нетканые материалыэлектроспиннингаэродинамическое формированиекультура клетокnonwoven materialselectrospinningaerodynamic formationcell cultureReferencesПопов С.В., Рябов В.В., Суслова Т.Е. и соавт. Фундаментальные и прикладные аспекты клеточных технологий в кардиологии и кардиохирургии // Бюллетень СО РАМН. — 2008. — Т. 28(4). — С. 5–15.Попов С.В., Рябов В.В., Суслова Т.Е. и соавт. Фундаментальные и прикладные аспекты клеточных технологий в кардиологии и кардиохирургии // Бюллетень СО РАМН. — 2008. — Т. 28(4). — С. 5–15.Aranovich A., Popkov A., Barbier D., Popkov D. Femoral lengthening by combined technique in melorheostosis: a case report // Eur. Orthop. Traumatol. — 2014. — Vol. 5. — P. 175–179 [Electronic resource] — doi: 10.1007/s12570-013-0220-4.Aranovich A., Popkov A., Barbier D., Popkov D. Femoral lengthening by combined technique in melorheostosis: a case report // Eur. Orthop. Traumatol. — 2014. — Vol. 5. — P. 175–179 [Electronic resource] — doi: 10.1007/s12570-013-0220-4.Popkov D., Journeau P., Popkov A. et al. Ollier’s disease limb lenghtening: Should intramedullary nailing be combined with circular external fixation? // Orthop. Traumatol. Surg. Res. — 2010. — Vol. 96. — P. 348–353 [Electronic resource] — doi: 10.1016/j.otsr.2010.01.002.Popkov D., Journeau P., Popkov A. et al. Ollier’s disease limb lenghtening: Should intramedullary nailing be combined with circular external fixation? // Orthop. Traumatol. Surg. Res. — 2010. — Vol. 96. — P. 348–353 [Electronic resource] — doi: 10.1016/j.otsr.2010.01.002.Petite H., Viateau V., Bensaïd W. et al. Tissue-engineered bone regeneration // Nat. Biotechnol. — 2000. — Vol. 18. — P. 959–963 [Electronic resource] — doi: 10.1038/79449.Petite H., Viateau V., Bensaïd W. et al. Tissue-engineered bone regeneration // Nat. Biotechnol. — 2000. — Vol. 18. — P. 959–963 [Electronic resource] — doi: 10.1038/79449.Boccaccini A.R., Blaker J.J. Bioactive composite materials for tissue engineering scaffolds // Expert Rev. Med. Devices. — 2005. — No. 2. — P. 2303–2317 [Electronic resource] — doi: 10.1586/17434440.2.3.303.Boccaccini A.R., Blaker J.J. Bioactive composite materials for tissue engineering scaffolds // Expert Rev. Med. Devices. — 2005. — No. 2. — P. 2303–2317 [Electronic resource] — doi: 10.1586/17434440.2.3.303.Santoro M., Shah S.R., Walker J.L., Mikos A.G. Poly(lactic acid) nanofibrous scaffolds for tissue engineering // Adv. Drug Deliv. Rev. — 2016. — Vol. 107. — P. 206–212 [Electronic resource] — doi: 10.1016/j.addr.2016.04.019.Santoro M., Shah S.R., Walker J.L., Mikos A.G. Poly(lactic acid) nanofibrous scaffolds for tissue engineering // Adv. Drug Deliv. Rev. — 2016. — Vol. 107. — P. 206–212 [Electronic resource] — doi: 10.1016/j.addr.2016.04.019.Tamayol A., Akbari M., Annabi N. et al. Fiber-based tissue engineering: Progress, challenges, and opportunities // Biotechnol. Adv. — 2013. — Vol. 31. — P. 669–687 [Electronic resource] — doi: 10.1016/j.biotechadv.2012.11.007.Tamayol A., Akbari M., Annabi N. et al. Fiber-based tissue engineering: Progress, challenges, and opportunities // Biotechnol. Adv. — 2013. — Vol. 31. — P. 669–687 [Electronic resource] — doi: 10.1016/j.biotechadv.2012.11.007.Jiang T., Carbone E.J., Lo K.W.-H., Laurencin C.T. Electrospinning of Polymer Nanofibers for Tissue Regeneration // Prog. Polym. Sci. — 2014. — Vol. 46. — P. 1–24 [Electronic resource] — doi: 10.1016/j.progpolymsci.2014.12.001.Jiang T., Carbone E.J., Lo K.W.-H., Laurencin C.T. Electrospinning of Polymer Nanofibers for Tissue Regeneration // Prog. Polym. Sci. — 2014. — Vol. 46. — P. 1–24 [Electronic resource] — doi: 10.1016/j.progpolymsci.2014.12.001.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. — No. 8. — P. 34951–34963 [Electronic resource] — doi: 10.1021/ acsami.6b12994.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. — No. 8. — P. 34951–34963 [Electronic resource] — doi: 10.1021/ acsami.6b12994.Нащекина Ю.А., Никонов П.О., Михайлов В.М. и др. Зависимость заполнения стромальными клетками костного мозга трехмерной матрицы от способа посева клеток и типа модификации поверхности матрицы // Цитология. — 2014. — Т. 56(4). — С. 283–290.Нащекина Ю.А., Никонов П.О., Михайлов В.М. и др. Зависимость заполнения стромальными клетками костного мозга трехмерной матрицы от способа посева клеток и типа модификации поверхности матрицы // Цитология. — 2014. — Т. 56(4). — С. 283–290.Nashchekina Y.A., Nikonov P.O., Mikhailov V.M. et al. Distribution of bone-marrow stromal cells in a 3D scaffold depending on the seeding method and the scaffold inside a surface modification // Cell tissue biol. — 2014. — Vol. 8(4). — P. 313–320.Nashchekina Y.A., Nikonov P.O., Mikhailov V.M. et al. Distribution of bone-marrow stromal cells in a 3D scaffold depending on the seeding method and the scaffold inside a surface modification // Cell tissue biol. — 2014. — Vol. 8(4). — P. 313–320.Filatov Y., Budyka A., Kirichenko V. Electrospinning of Micro- and Nanofibers: Fundamentals in Separation and Filtration Processes. — New York : Begell House Inc., 2007. — 404 p.Filatov Y., Budyka A., Kirichenko V. Electrospinning of Micro- and Nanofibers: Fundamentals in Separation and Filtration Processes. — New York : Begell House Inc., 2007. — 404 p.Reneker D.H., Chun I. Nanometre diameter fibres of polymer, produced by electrospinning // Nanotechnology. — 1996. — Vol. 7(3). — P. 216–223.Reneker D.H., Chun I. Nanometre diameter fibres of polymer, produced by electrospinning // Nanotechnology. — 1996. — Vol. 7(3). — P. 216–223.Daristotle J.L., Behrens A.M., Sandler A.D. et al. A Review of the Fundamental Principles and Applications of Solution Blow Spinning // ACS Appl. Mater. Interfaces. — 2016. — Vol. 8(51). — P. 34951–34963.Daristotle J.L., Behrens A.M., Sandler A.D. et al. A Review of the Fundamental Principles and Applications of Solution Blow Spinning // ACS Appl. Mater. Interfaces. — 2016. — Vol. 8(51). — P. 34951–34963.Tomecka E., Wojasinski M., Jastrzebska E. et al. Poly(l-lactic acid) and polyurethane nanofibers fabricated by solution blow spinning as potential substrates for cardiac cell culture // Mater. Sci. Eng. C. — 2017. — Vol. 75. — P. 305–316.Tomecka E., Wojasinski M., Jastrzebska E. et al. Poly(l-lactic acid) and polyurethane nanofibers fabricated by solution blow spinning as potential substrates for cardiac cell culture // Mater. Sci. Eng. C. — 2017. — Vol. 75. — P. 305–316.Faia-Torres A.B., Charnley M., Goren T. et al. Osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells in the absence of osteogenic supplements: A surface-roughness gradient study // Acta Biomater. — 2015. — Vol. 28. — P. 64–75.Faia-Torres A.B., Charnley M., Goren T. et al. Osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells in the absence of osteogenic supplements: A surface-roughness gradient study // Acta Biomater. — 2015. — Vol. 28. — P. 64–75.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.