Точечная доставка МСК
Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) естественным образом пополняют типы клеток костной, хрящевой, жировой ткани. Кроме того, МСК обладают широким регенеративным потенциалом, основанным на способности мигрировать в поврежденные ткани и секретировать факторы, которые стимулируют рост новых кровеносных сосудов, подавляют воспаление, останавливают гибель клеток и способствуют заживлению. Это делает возможным их применение в качестве клеточной терапии различных состояний, включая сердечно-сосудистые заболевания, заболевания печени, костей и хрящей, травмы легких и спинного мозга, аутоиммунные заболевания, поражения кожи и даже рак.
МСК не вызывают совсем или вызывают незначительные побочные реакции у пациентов, если получены от здоровых доноров; они могут быть легко выделены из тканей человека, размножены до клинических масштабов, биоконсервированы и сохранены для доставки к месту оказания медицинской помощи. Эта эффективность в приготовлении МСК контрастирует с относительной неэффективностью, которая связана с плохой доставкой в целевые ткани у пациентов. Клиницистам часто необходимо вводить огромное количество МСК, чтобы достичь достаточной концентрации клеток, которые успешно приживутся и останутся функциональными с течением времени.
Чтобы преодолеть проблему адресной доставки, исследователи разработали подходы, основанные на создании каркасов из биоматериалов, в которые помещаются МСК и которые затем могут быть имплантированы как «заплатки» на поврежденные ткани. Но даже это не делает терапию МСК более эффективной, потому что клетки ограничены в своей способности мигрировать, преодолевать тканевые барьеры и успешно приживаться в участках, где их действие наиболее необходимо. В принципе, инъекционное введение МСК в ткани через иглы для подкожных инъекций делает лечение более прицельным, но любая прямая инъекция в ткань является инвазивной и может вызвать непреднамеренное повреждение ткани, а также побочные эффекты в виде образования рубцовой ткани.
В новом исследовании группа из Института биомедицинских инноваций Терасаки в Лос-Анджелесе и Университета Калифорнии, Лос-Анджелес (UCLA), разработала минимально инвазивный подход, который использует микроиглы, обеспечивающие депо активных МСК. Гелеобразный материал способен продлевать жизнеспособность и функциональность помещенных в него МСК. Введение его с помощью микроигл помогает МСК накапливаться в поврежденных тканях с высокой пространственной точностью; исследователи продемонстрировали новый подход к заживлению ран на мышиной модели с удаленными сегментами кожи.
Микроиглы ранее успешно использовались для безболезненной доставки лекарств в целевые ткани – кожу, кровеносные сосуды и глаза. Для клеточной терапии МСК исследователи разработали совершенно новый пластырь с микроиглами, который сохраняет жизнеспособность стволовых клеток и поддерживает их способность реагировать на раздражители и ускорять заживление ран.
В начале исследования Али Хадемхоссейни и его коллеги выдвинули гипотезу о том, что встраивание МСК в биосовместимую и биоразлагаемую матрицу поможет создать гидратированную среду с механическими свойствами, которые необходимы стволовым клеткам для выживания и функционирования в течение более длительного времени.
Матрица представляет собой совокупность желатиновых волокон, сшитых друг с другом в сеть, в которую можно поместить МСК. Она имитирует нормальное внеклеточное окружение тканей, в которых обычно находятся МСК. Это помогло реконструировать конкретную матричную среду таким образом, чтобы МСК могли поглощать питательные вещества и связываться с поврежденной тканью через растворимые факторы, которые они обычно получают и отправляют.
Другая часть задачи заключалась в том, чтобы создать микроигольное устройство для доставки МСК, которое позволило бы им мягко проникать в ткани, достигая целевых участков. Для этого исследователи заключили мягкую желатиновую матрицу, содержащую МСК, в оболочку из второго более твердого биоматериала – сополимеров молочной и гликолевой кислот (PLGA). При наложении на раневую поверхность оболочка из PLGA, которая также является биосовместимой и биоразлагаемой, медленно растворяется, сохраняя в течение этого процесса желатиновую матрицу с МСК, позволяя последним высвобождать свои терапевтические факторы в поврежденную ткань через возникающие разрывы в оболочке.
Чтобы иметь возможность размещать отдельные микроиглы непосредственно на рану, было решено прикрепить массив микроигл на полоску пластыря так, чтобы их острые концы были направлены в сторону от ленты. Авторы показали, что в пластыре с микроиглами 90% МСК были жизнеспособными в течение 24 часов и не теряли свой потенциал в качестве стволовых клеток.
Группа исследовала свою концепцию микроигл на мышах, которым предварительно удалили участок кожи в пределах эпидермиса. Точное расположение ленты с нанесенной на нее микроигольной поверхностью позволило отдельным микроиглам проникнуть в саму рану. Затем ленту снимали, а микроиглы отрывались от нее и оставались вживленными в поврежденную ткань. Хадемхосейни и его коллеги назвали устройство доставки съемным гибридным хранилищем микроигл (Detachable Hybrid Microneedle Depot, d-HMND).
У мышей устройство d-HMND, несущее МСК, стимулировало ряд ключевых параметров, связанных с заживлением ран. По сравнению с равным количеством МСК, инъецированных непосредственно в рану, доставка с помощью d-HMND ускоряла заживление раны и способствовала росту эпидермальных слоев кожи. Исследователи использовали панель гистологических и молекулярных маркеров в течение 14 дней, чтобы подтвердить, что d-HMND с МСК подавляли воспаление и стимулировали ремоделирование ткани, образование новых кровеносных сосудов, а также повторный рост волос.
В будущем d-HMND можно будет быстро изготавливать в клинических лабораториях незадолго до использования и применять для лечения повреждений кожи. Авторы намерены более широко исследовать устройство в качестве доставки МСК для множества других расстройств, включая меланому и другие заболевания кожи. Эта концепция будет также совместима с использованием полученных от пациента клеток для более персонализированного подхода.
Статья K.Lee et al. A Patch of Detachable Hybrid Microneedle Depot for Localized Delivery of Mesenchymal Stem Cells in Regeneration Therapy опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Terasaki Institute: Microneedling therapeutic stem cells into damaged tissues.