Хирургическая коррекция ишемического повреждения органов с помощью клеточно-и тканеинженерных конструкций (экспериментальное исследование) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шматок Данил Олегович

• Шматок Данил Олегович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Шматок Данил Олегович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. БИОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СОВМЕСТИМОЙ ТКАНЕВОЙ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Оптимизация двумерных тканеинженерных конструкций для хирургического применения

1.2 Стратегии созревания тканеинженерных и клеточно-инженерных конструкций

1.3 Применение клеточно- и тканеинженерных конструктов в фармакологии и патофизиологии

1.3.1 Применение клеточно- и тканеинженерных конструктов для лекарственного скрининга

1.3.2 Клеточно- и тканеинженерные конструкции в моделировании заболеваний и патологических состояний

1.4 Клеточно- и тканеинженерные конструкции как инструмент регенерации

1.5 Модификация коллагена при изготовлении клеточно- и тканеинженерных конструкций для хирургии

1.6 Особенности применения коллагена при изготовлении клеточно- и тканеинженерных конструкций для хирургии

1.6.1 In vitro инжиниринг клеточных и тканеинженерных трехмерных конструктов

1.6.2 Предподготовка клеточных и тканеинженерных трехмерных конструктов

на основе коллагеновых матриксов

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Дизайн и программа диссертационного исследования

2.2 Соблюдение требований, предъявляемых к исследованиям с участием лабораторных животных

2.3 Получение и основные характеристики клеточно- и тканеинженерного конструкта для клеточной кардиопластики

2.3.1 Получение и основные характеристики клеточно- и тканеинженерного конструкта для клеточной кардиопластики

2.4 Экспериментальные животные и условия их содержания

2.4.1 Общая характеристика лабораторных животных

2.4.2 Количество животных

2.4.3 Процедуры, выполняемые в период прохождения карантина

2.4.4 Условия содержания животных

2.5 Метод моделирования патологического процесса и проведения оперативного пособия по имплантации клеточно- и тканеинженерной конструкции

2.5.1 Операция имплантации на крысах

2.5.2 Операция имплантации на кроликах

2.6 Морфологические методы оценки эффективности клеточной кардиопластики с помощью клеточно- и тканеинженерной конструкции на основе углеродных нанотрубок

2.6.1 Окрашивание гематоксилином и эозином

2.6.2 Иммуногистохимический метод исследования

2.7 Биохимические, иммунологический и иммуноферментный методы исследования

2.7.1 Биохимический метод исследования

2.7.2 Иммуноферментный метод исследования

2.7.3 Иммунологический метод исследования

2.8 Метод определения сократительной функции левого желудочка

2.9 Методы анализа полученных экспериментальных данных

ГЛАВА 3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ МИОКАРДА В ИСХОДЕ ИМПЛАНТАЦИИ КЛЕТОЧНО- И ТКАНЕИНЖЕНЕРНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

3.1 Исследование на крысах

3.2 Исследования на кроликах

3.3 Комплексная оценка восстановления миокарда в области имплантации клеточно- и тканеинженерной конструкции на основе углеродных

нанотрубок

ГЛАВА 4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ, БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ХИРУРГИЧЕСКОЙ КЛЕТОЧНОЙ КАРДИОПЛАСТИКИ

4.1 Динамика некоторых биохимических показателей в периферической крови животных после экспериментальной операции

4.2 Результаты молекулярно-иммунологических методов исследования эффективности имплантации и реваскуляризации клеточной- и тканеинженерной конструкции на основе углеродных нанотрубок

4.3 Сократительная активность миокарда в исходе экспериментально-хирургического вмешательства клеточной кардиопластики по поводу острого

ишемического поражения

ГЛАВА 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

5.1 Итоги выполнения

5.2 Перспективы дальнейшего развития темы диссертационного

исследования

ВЫВОДЫ

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Хирургическая коррекция ишемического повреждения органов с помощью клеточно-и тканеинженерных конструкций (экспериментальное исследование)»

ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы

В последние годы регенеративные подходы, основанные на терапевтических и хирургических клеточных технологиях, направленные на частичную или полную компенсацию функций поврежденных или утраченных органов (тканей), показали многообещающие результаты в опытах как in vivo, так и in vitro, хотя и с невысоким потенциалом к их клинической трансляции [1, 2]. Однако, большие успехи в разработке хирургических стратегий по поддержке инфарцированных тканей и нарушенных электромеханических процессов в органе вселяют надежды в умы исследователей.

Выбор материала для регенеративной медицины и технология изготовления из него биоконструкций зависят от области применения: костная ткань; кровеносные сосуды; кожа; мышечная ткань или нервные волокна. Для успешного использования биоматериал должен обладать определенными химическими, биологическими и механическими свойствами. К требуемым химическим свойствам относят: отсутствие вредных химических реакций с тканями и межтканевыми жидкостями и резорбцию с контролируемой скоростью внутри организма. Необходимыми механическими свойствами являются прочность конструкции и возможность осуществлять хирургические манипуляции. Главной биологической характеристикой материала служит его биосовместимость с организмом [3].

Клеточная терапия была многообещающей хирургической стратегией восстановления органов после травмы или инфаркта, однако низкая задержка и приживление трансплантированных клеток ограничивают потенциальную терапевтическую эффективность. Засев клеток на биодеградируемые каркасы, которые пересаживаются на поверхность органа, может преодолеть эти ограничения.

Ишемия лежит в основе патогенеза многих поражений внутренних органов. Характер ответа клеток и тканей на ограничение кровотока зависит как от длительности, так и от глубины его воздействия [4].

В последние годы внимание клиницистов привлекает хроническая ишемическая болезнь органов пищеварения в связи с часто встречающимся синдромом абдоминальной боли, который нельзя связать с соматическими заболеваниями органов пищеварения. Острая абдоминальная ишемия приводит к развитию инфаркта кишечника, при которой летальность достигает 50-69% [5].

Повреждение и воспаление, вызванные ишемией и реперфузией печени, представляют собой серьезную клиническую проблему, связанную с геморрагическим или эндотоксиновым шоком и термической травмой, а также трансплантацией печени и резекционной хирургией [6].

Коронарная болезнь сердца (КБС) сохраняет ведущие позиции в причинах смертности и стойкой нетрудоспособности населения в развитых странах, на долю которой приходится до одной трети всех случаев смерти лиц в возрасте старше 35 лет [7]. Зачастую КБС сопровождается частичной или полной блокадой кровотока по магистральным коронарным артериям, из-за чего происходит разрыв атеросклеротической бляшки и приводит к формированию инфаркта миокарда. В свою очередь, тяжелые нарушения кровообращения, впоследствии ИМ, приводят к нарастающей гибели кардиомиоцитов и запускают каскад постишемического ремоделирования органа, проявляющегося дилатацией левого желудочка, гипертрофией миокарда и образованием фиброзной несокращающейся рубцовой ткани [8, 9, 10]. Ремоделирование сердца имеет большое значение как для патологически измененных, так и для первично интактных областей сердца и может, в конечном итоге, приводить к развитию тяжелой хронической сердечной недостаточности [11-13].

Особое значение при планировании хирургического эксперимента имеет ткань мишень. Для этого важно наличие ряда обстоятельств: высокая

васкуляризация органа; возможность воссоздать большое не только по площади, но и по глубине поражение; удобство и доступность для проведения хирургических манипуляций и динамической оценки не только морфологических, но и функциональных эффектов экспериментального вмешательства. В этой связи анатомо-физиологическая организация сердца представляется оптимальной.

Тканевая сердечная инженерия включает разработку временных биомиметических скаффолдов, которые позволяют оптимизировать и организовывать локальные процессы клеточного роста и дифференцировку клеток [11]. Как правило, подобные конструкции призваны механически поддерживать зону инфаркта, активизировать процессы ремоделирования сердца, сохранять сократительную функцию органа [14-16]. Однако, полное восстановление исходной структурно-функциональной организации сердечной мышцы остается вопросом спорным и далеким от своего решения, а главным образом, чрезвычайно сложной структуры, биохимических и биофизических свойств миокардиального окружения [17].

Степень разработанности темы исследования

Среди обязательных требований к рассматриваемым конструкциям необходимо отметить хорошую переносимость и приживаемость, а также высокое сопротивление и устойчивость к повторяющейся ритмической нагрузке сокращающегося сердца [18]. В то же время, дополнительными и не менее важными аспектами при создании скаффолдов являются биосовместимые материалы, способные к биодеградации в заданных временных границах. Современные биоинженерные технологии позволяют использовать, с целью формирования сердечно-сосудистых заплат, как населенные клетками материалы, так и неклеточные структуры синтетического или биологического происхождения [16, 19].

В то же время, как ключевым физиологическим процессом в миокарде является электромеханическое сопряжение, которое и обусловливает

возможность реализации сократительной функции миокарда, так и альтернативные стратегии, позволяющие поддерживать электрическую проводимость в зоне инфаркта, должны учитываться при конструировании биоскафолдов [20]. Такие проводящие структуры были сконструированы и апробированы в условиях эксперимента [21]. Вместе с тем, оказалось, что некоторые скаффолды, созданные из электропроводящих полимеров (полипироллы, полианилин, углеродные нанотрубки), могут вызывать цитотоксические реакции [22]. Более того, нанокомпозитные гидрогели могут терять проводимость вследствие деформации и увеличения расстояния между входящими в их структуру наночастицами [23].

Другой важный вызов, с которым сталкиваются разработчики биоматериалов для сердечно-сосудистой практики — это необходимость восстановления исходной фибриллярной топографии миокарда, обеспечивающей синхронные электромеханические процессы в органе в продолжение сердечного цикла. Проблема заключается в неоднородности экстрацеллюлярного матрикса миокарда, составленного из коллагеновых волокон 1 и 3 типов, имеющих неравномерный диаметр, длину и расположение, и обеспечивающих фиксацию клеток, их миграцию и пространственную организацию [24]. В этой связи, многочисленные микротехнологические подходы были использованы для создания скаффолдов с нано- и микротканевой архитектурой [23]. Среди таковых, наиболее распространенным методом производства скаффолдов является метод электроспиннинга, позволяющий создавать заплаты с заданными поверхностными свойствами и определенной пространственной структурой [24].

Помимо сложности с разработкой биоскаффолдов для хирургии, существуют и другие довольно серьезные лимитирующие обстоятельства, связанные с фиксацией структуры к поврежденному участку органа или ткани. Например, использование того или иного шва, клипсы, что ведет к последующей травматизации ткани, риску развития кровотечения и инфекции.

Цель работы

Экспериментально-хирургическое обоснование эффективности применения клеточно- и тканеинженерной конструкции на основе стволовых клеток-предшественников кардиомиоцитов в восстановлении морфофункциональной активности сердца на фоне его ишемического повреждения.

Задачи исследования

1. Разработать экспериментально-хирургическую методику воспроизведения острого ишемического поражения миокарда большой протяженности с последующей одномоментной имплантацией клеточно- и тканеинженерной конструкции к патологически-измененной области, клинически-релевантную для изучения новых интервенционных технологий клеточной кардиопластики.

2. Изучить морфологические и иммуногистохимические изменения сердца в области ишемического поражения и имплантации биодеградируемого скаффолда на основе углеродных нанотрубок, заселенного клетками-предшественниками кардиомиоцитов, на различных сроках послеоперационного периода.

3. Разработать морфологические критерии приживления клеточно -инженерной конструкции и восстановления сердца в области ишемического повреждения.

4. Оценить реакцию отторжения, уровень эндогенной интоксикации, нарушений выделительной функции почек лабораторных животных (кроликов и крыс) на различных этапах после экспериментально-хирургической кардиопластики с использованием клеточно- и тканеинженерной конструкции на основе углеродных нанотрубок.

5. Изучить изменения молекулярной сигнализации тканевых и клеточных реакций, вовлеченных в формирование локальной воспалительной реакции и клеточной регенерации в исходе экспериментально-хирургической

кардиопластики с применением биодеградируемого клеточно-заселенного скаффолда.

6. Изучить сократительную функцию левого желудочка сердца в исходе 12-недельного послеоперационного периода экспериментально-хирургической имплантации с применением биодеградируемого клеточно-заселенного скаффолда в опытах на лабораторных животных (кроликах и крысах).

Научная новизна

Впервые проведено комплексное экспериментально-хирургическое обоснование инновационной технологии оперативной клеточной кардиопластики с использованием отечественных образцов тканеинженерной биодеградируемой конструкции на основе веществ природного происхождения, заселенных стволовыми клетками кролика и крысы.

Впервые интраоперационно была проведена имплантация заселенных стволовыми клетками фрагментов конструкций путем необратимой фиксации узловыми швами на фрагмент повреждения миокарда. При этом для моделирования повреждения миокарда на первом этапе хирургического пособия осуществлялась необратимая перевязка коронарной артерии с формированием острого инфаркта миокарда.

Впервые установлено, что в месте ишемии миокарда, прикрытой клеточно-инженерным скаффолдом к 4 неделе послеоперационного периода, развивается локальная воспалительная реакция, которая к 8 неделе трансформируется в субэндокардиальный и очаговый кардиосклероз, сопровождающийся, по данным морфометрии, неоангиогенезом и активацией регенерации и фенотипической трансформацией стволовых клеток в зрелые кардиомиоциты. По данным гистологического и иммуногистохимического исследования органов изучаемых групп показано, что к 12 неделе послеоперационного периода отмечается сходное строение первично -

пораженных областей миокарда нормальным участкам сердечной мышцы на фоне полной деградации клеточно- и тканеинженерного конструкта.

Впервые установлено, что комплексная оценка гистологической, иммуногистохимической (регистрация экспрессии PCNA, Ю-67 УЕОБ) картины области имплантации, активности местной воспалительной реакции и эволюции деградации скаффолда может быть использована в виде метрической шкалы восстановления миокарда и успеха экспериментально-хирургического метода клеточной кардиопластики.

Установлено, что на фоне имплантации клеточно- и тканеинженерного конструкта на основе углеродных нанотрубок не наблюдаются явления эндогенной интоксикации, о чем свидетельствуют не отличающиеся от нормальных значений концентрации в крови глюкозы, холестерина, общего белка и альбумина, мочевины, креатинина, билирубина, активности ферментов цитолиза и холестаза.

Впервые показано, что при проведении иммунологических тестов отмечается активация процессов клеточной пролиферации и дифференцировки на всех этапах наблюдения на фоне умеренного роста провоспалительных цитокинов. Клеточно- и тканеинженерные конструкции не вызывают формирования иммунных реакций отторжения.

С использованием метода инвазивной регистрации сократительной функции левого желудочка установлено, что проведение экспериментально-хирургической клеточной имплантации позволяет к двенадцатой неделе постинфарктного и послеоперационного периода предотвратить формирование тяжелой сердечной недостаточности у лабораторных животных.

Научно-практическая значимость работы

Клеточно- и тканеинженерный скаффолд на основе углеродных нанотрубок, коллагена и хитозана, заселенный клетками-предшественниками кардиомиоцитов, представляет собой биодеградируемый и тканесовместимый

конструкт для имплантации и замещения потерянной вследствие ишемического процесса массы миокарда левого желудочка.

Разработанная экспериментально-хирургическая методика

двухэтапного моделирования острого инфаркта миокарда с последующим проведением имплантации клеточно- и тканеинженерного конструкта, заселенного предшественниками кардиомиоцитов, может быть использована как базовая исследовательская модель при изучении новых имплантируемых скаффолдов и апробации инновационных технологий клеточной хирургической кардиопластики.

Морфологическая шкала ремоделирования миокарда и деградации скаффолда может использоваться при проведении исследований и разработок новых тканеинженерных хирургических технологий для оценки эффективности и безопасности метода, а также полноты и динамики восстановления структурной целостности органа.

Методология и методы исследования

Разработка дизайна и планирование настоящего диссертационного исследования строились на безусловном соблюдении принципов гуманного обращения с животными, основывались на мультидисциплинарном подходе и отвечали требованиям целостности и внутреннего единства общего замысла, целей, задач и методов их реализации.

В качестве объекта для изучения были взяты биодеградируемые клеточно- и тканеинженерные конструкции, заселенные стволовыми клетками-предшественниками кардиомиоцитов кроликов и крыс, полученные на основе скаффолда из жидкого материала смеси белков альбумина и коллагена, хитозана и скрепляющего наноуглеродного каркаса из одностенных углеродных нанотрубок высокой чистоты 99-99,9%.

В качестве экспериментально-хирургического метода предложено использовать одномоментную двухэтапную открытую операцию на анестезированных и переведенных на ИВЛ половозрелых крысах и кроликах,

которым на первом этапе воспроизводили острый инфаркт миокард путем необратимой перевязки нисходящей ветви передней коронарной артерии, а на втором этапе к области поражения снаружи однорядными швами фиксировали фрагмент конструкта, соответствующий по размерам площади поражения.

Местные реакции тканей сердца на имплантацию и эволюцию клеточной трансформации определяли при помощи методов светооптической микроскопии и окрашивания гематоксилином и эозином, а также специального иммуногистохимического окрашивания на PCNA и VEGF, отражающих реакции неоваскуляризации и Ki-67, на основании которого судили об активности процессов клеточной пролиферации и дифференцировки. Активность воспалительной реакции и дифференцировки клеток, кроме того, определяли на основе иммуноферментного изучения тканевой концентрации про- и противовоспалительных цитокинов ФНО-альфа, ИЛ-1 бета, ИЛ-10.

При помощи автоматического иммуноферментного анализатора FUJI и набора диагностикумов определяли ряд биохимических параметров, отражающих состояние обменных процессов, явлений эндогенной интоксикации, функции печени и почек. Отторжение импланта контролировали с помощью реакции торможения миграции лейкоцитов.

Для определения сократимости миокарда использовали инвазивный метод определения первой производной скорости нарастания давления в левом желудочке по времени (dP/dtmax) при помощи специального электромагнитного датчика блока BIOPAC-160 (США).

Связь диссертации с основными научными темами

Диссертационная работа выполнена при частичной финансовой поддержке договора на выполнение работ в рамках составной части прикладных научных исследований и экспериментальных разработок (СЧ ПНИЭР) ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет) по НИР «Экспериментальные исследования по

имплантации и неоваскуляризации трехмерных клеточно- и тканеинженерных конструкций».

Основные выводы и научные положения диссертационной работы внедрены и используются в учебной работе кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии Института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет), кафедры факультетской хирургии с курсами топографической анатомии и оперативной хирургии, урологии и детской хирургии Медицинского института ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва».

Основные положения, выносимые на защиту

1. Двухэтапная экспериментально-хирургическая методика воспроизведения острого инфаркта миокарда с последующей одномоментной имплантацией биодеградируемой конструкции, заселенной стволовыми клетками к патологически-измененной области, позволяет воспроизвести клинически-релевантный подход к изучению новых интервенционных технологий клеточной кардиопластики и сопровождается активацией регенерации в месте повреждения, в том числе неоангиогенезом.

2. В месте ишемии миокарда, прикрытой скаффолдом, развивается локальная воспалительная реакция, трансформирующаяся к 8-12 неделе послеоперационного периода в полную биологическую деградацию клеточно -инженерного скаффолда с ремоделированием поврежденной области сердца, обеспечивающим функциональную активность миокарда на уровне интактных животных.

3. Имплантация клеточно- и тканеинженерной конструкции на основе углеродных нанотрубок не вызывает отторжения и развития явлений эндогенной интоксикации, о чем свидетельствуют не отличающиеся от нормальных значений концентрации в крови глюкозы, холестерина, общего

белка и альбумина, мочевины, креатинина, билирубина, активности ферментов цитолиза и холестаза.

Степень достоверности

Достоверность положений и выводов, полученных в настоящем диссертационном исследовании, подтверждается грамотно выстроенными дизайном и планом исследования, корректно используемыми методами ведения записей исследования, строгим соблюдением этических требований к проведению исследований с участием лабораторных животных. Достоверность и обоснованность также подтверждается непременным выполнением требований к технологии изготовления клеточно- и тканеинженерных конструкций на основе углеродных нанотрубок, а также: условиями лабораторного забора материала для получения, инкубации, культивации и заселения скаффолдов стволовыми клетками; использованием в исследовании здоровых половозрелых лабораторных животных; соблюдением правил их содержания и требований к оценке состояния здоровья; использованием исправной, поверенной исследовательской и лабораторно-измерительной аналитической аппаратуры; диагностикумов и расходных материалов сертифицированных производителем с не истекшими сроками годности; применением международно-апробированных методов исследования и измерения, оценки биохимических, иммунологических и молекулярных параметров, морфологических и иммуногистохимических исследований; использованием метода регистрации сократительной функции левого желудочка; применением корректных методов обработки полученных научных результатов и их статистического анализа.

Апробация диссертационной работы

Апробация диссертационной работы проведена на совместном расширенном заседании кафедр оперативной хирургии и топографической анатомии, онкологии, радиотерапии и реконструктивной хирургии Института

клинической медицины им. Н.В. Склифосовского ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет) и кафедр факультетской хирургии с курсами топографической анатомии и оперативной хирургии, урологии и детской хирургии, общей хирургии им. Н.И. Атясова с курсами оториноларингологии, челюстно-лицевой хирургии, госпитальной хирургии с курсами травматологии и ортопедии, глазных болезней, нормальной и патологической физиологии Медицинского института ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва», протокол №1 от 30.05.2022 г.

Результаты представленного диссертационного исследования докладывались и обсуждались на XXIII Международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2021), XIII Российской научно -практической конференции с международным участием студентов и молодых ученых «Авиценна-2022» (Новосибирск, 2022).

Личный вклад автора

Автор лично выдвинул идею выполнения настоящего диссертационного проекта, обосновал актуальность научной гипотезы, разработал дизайн и план исследования и определил спектр релевантных методов. Лично диссертанту принадлежит авторство предложенного экспериментально-хирургического метода двухэтапного одномоментного моделирования патологии и клеточной кардиопластики. Автор лично провел все экспериментальные операции, проводил наблюдение за состоянием здоровья животных, забирал биологический материал, выполнял биохимические, иммуноферментные и функциональные исследования. При непосредственном и включенном участии автора выполнены морфологические и иммуногистохимические исследования. Лично автор диссертации вел все записи исследования и базу данных, проводил статистический анализ полученных результатов. Автор непосредственно и деятельно участвовал в написании научных работ по теме диссертации. Перу автора принадлежат рукописи диссертации и ее автореферата.

Публикации по теме диссертационной работы

По теме диссертационного исследования опубликовано 8 научных работ, из них 2 полнотекстовых статьи изданы в научных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации, в том числе 1 в журнале, индексируемом международной системой цитирования Scopus.

Объём и структура работы

Диссертация написана по традиционному плану и включает следующие разделы: введение; главу 1 - обзор литературы; главу 2 с описанием материалов и методов исследования; главу 3 - результаты оценки местных тканевых реакций на имплантацию скаффолда и ремоделирования миокарда; главу 4 - результаты биохимических, иммуноферментных и функциональных исследований; главу 5 (заключение), которая обобщает полученные научные результаты; выводы; практические рекомендации; список сокращений и условных обозначений; список литературы.

Диссертация изложена на 144 страницах компьютерного текста, иллюстрирована тридцатью пятью рисунками и семью таблицами. Библиографический список содержит выходные данные 181 работы, из которых 15 работ отечественных и 166 зарубежных авторов.

ГЛАВА 1. БИОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СОВМЕСТИМОЙ ТКАНЕВОЙ

ХИРУРГИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Начиная с конца 20 века большими темпами идет развитие биотехнологий в медицинской отрасли. Изучение механизмов регенерации тканей и органов на клеточном и молекулярно-генетическом уровне, а также поиск новых технологий, которые могли бы восстановить функцию поврежденного органа, привели к появлению новых отраслей, возникших на стыке биотехнологии и медицины тканевой инженерии, регенеративной медицины и органогенеза. В их основе лежит принцип трансплантации клеток на матрицах-носителях, которые представляют собой синтетический или биологический комплекс для обеспечения механической прочности конструкций с заданными свойствами, трехмерного ориентирования, нанесенного на него клеточной культуры [25].

Прогресс в разработке новых медицинских материалов в значительной степени определяется знанием механизма их взаимодействия с биологическими средами. Однако, наибольший интерес, для понимания механизма биосовместимости и для поиска путей улучшения биологических свойств материалов, представляют собой процессы адсорбции плазменных и клеточных белков крови. Являясь первой стадией взаимодействия инородного тела с биологическими средами, белки играют ключевую роль как при кратковременном, так и при длительном контакте изделия с кровью и тканями [26]. Основными критериями биосовместимости матрицы-носителя для создания тканеинженерной конструкции (скаффолда) должны быть: отсутствие цитотоксичности; поддержание адгезии, фиксации, пролиферации и дифференцировки; отсутствие поддержания воспаления, помещенных на ее поверхность клеток; отсутствие поддержания иммунного воспаления; механическая прочность и биодеградируемость, что играет важную роль и для хирургии [25].

Первым материалом для создания биоинженерных конструкций (БИК) явились синтетические материалы на основе полимеров органических кислот, которые благодаря своим химическим свойствам, позволили создать спектр конструкций, включающих сетки, пористые матрицы, пленки и нетканые материалы [25].

В нашей стране к данному классу имплантируемых материалов, предназначенных для замещения дефектов мягких тканей, в том числе с использованием клеточных технологий, были разработаны композиция гетерогенного имплантируемого геля Сферо®ГЕЛЬ и мембрана имплантируемая биополимерная ЭластоПОБ®, которые применяются как носители стволовых клеток для имплантации при хирургическом лечении травм спинного мозга, нарушений проводимости периферических нервов, профилактики формирования грубых последствий рубцовых тканей у больных с опухолями головы и шеи при реконструкции эндопротезов передней брюшной стенки, лечении заболеваний печени, щитовидной и поджелудочной желез, для лечения эрозий и язв роговицы [26, 27].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шматок Данил Олегович, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Cardiac regenerative medicine: the potential of a new generation of stem cells / E. Cambria, J. Steiger, J. Gunter [et al.]. // Transfus. Med. Hemotherapy. -2016. - Vol. 43, №4. - P. 275-281.

2. New developments in cardiac regeneration / T.Y. Le, S. Thavapalachandran, E. Kizana, J.J. Chong // Heart Lung Circ. - 2017. - Vol. 26 (4). - P. 316-322.

3. Agapova, O.I. Silk fibroin and spidroin bioengineering constructions for regenerative medicine and tissue engineering (review) / O.I Agapova // Sovremennye tehnologii v medicine. - 2017. - Vol. 9, № 2. - P.190-206.

4. Геномные и экстрагеномные механизмы в реализации ишемических и реперфузионных повреждений в хирургии органов брюшной полости / С.А. Алехин, П.М. Назаренко, Д.В. Лопатин [и др.]. // Научные ведомости Серия Медицина. Фармация. - 2012. - № 22. - С.5-14.

5. Звенигородская, Л.А. Хроническая ишемическая болезнь органов пищеварения: алгоритм диагностики и лечение / Л.А. Звенигородская, Н.Г. Самсонова, А.С. Топорков // ФАРМАТЕКА. — 2010. - № 2. - С. 7983.

6. Chai, X S. Estrogen-Metabolizing Enzymes in Systemic and Local Liver Injuries: A Case Study of Disease-Drug Interaction / Х. Chai, S. Zeng, W. XieEstrogen // Drug Metabolism in Diseases. - 2017. - Ch 10. - P. 241-255.

7. Epidemiology of coronary heart disease and acute coronary syndrome / F. Sanchis-Gomar, C. Perez-Quilis, R. Leischik, A. Lucia // Ann. Transl. Med.

- 2016. - Vol. 4. - P. 256.

8. Biomaterials in myocardial tissue engineering / L.A. Reis, L.L. Chiu, N. Feric, L. Fu [et al.]. // J. Tissue Eng. Regenerat. Med. - 2016. - Vol. 10. - P. 11-28.

9. Sutton, M.G. Left ventricular remodeling after myocardial infarction: pathophysiology and therapy / M.G. Sutton, N. Sharpe // Circulation. - 2000.

- Vol. 101. - P. 2981-2988.

10.Inflammation as a driver of adverse left ventricular remodeling after acute myocardial infarction / P.C. Westman, M.J. Lipinski, D. Luger [et al.]. // J. Am. Coll. Cardiol. - 2-16. - Vol. 67. - P. 2050-2060.

n.Polypyrrole-contained electro- spun conductive nanofibrous membranes for cardiac tissue engineering / D. Kai, M.P. Prabhakaran, G. Jin, S. Ramakrishna // J. Biomed. Mater. Res. - 2011. - Vol. A 99. - P. 376-385.

12.Pfeffer, M.A. Ventricular remodeling after myocardial infarction. Experimental observations and clinical implications / M.A. Pfeffer, E. Braunwald // Circulation. - 1990. - Vol. 81 (4). - P. 1161-1172.

13. Talman, V. Cardiac fibrosis in myocardial infarction-from repair and remodeling to regeneration / V. Talman, H. Ruskoaho // Cell Tissue Res. -2016. - Vol. 365 (3). - P. 563-581.

14.Bioactive electrospun fibers of poly (glycerol sebacate) and poly (epsilon-caprolactone) for cardiac patch application / R. Rai, M. Tallawi, C. Frati [et al.]. // Adv. Healthc. Mater. - 2015. - Vol. 4 (13). - P. 2012-2025.

15. Biomaterials in cardiac tissue engineering: ten years of research survey / Q.-Z. Chen, S.E. Harding, N.N. Ali [et al.]. // Mater. Sci. Eng. R Rep. - 2008. -Vol. 59 (1). - P. 1-37.

16.Gold nanorod-based engineered cardiac patch for suture-free engraftment by near IR / M. Malki, S. Fleischer, A. Shapira, T. Dvir // Nano Lett. - 2018. -Vol. 18 (7). - P. 4069-4073.

17.Atmanli, A. Recreating the cardiac microenvironment in pluripotent stem cell models of human physiology and disease / A. Atmanli, I.J. Domian // Trends Cell Biol. - 2017. - Vol. 27 (5). - P. 352-364.

18.Biomaterial based cardiac tissue engineering and its applications / L.D. Huyer, M. Montgomery, Y. Zhao, Y. Xiao [et al.]. // Biomed. Mater. - 2015. - Vol. 10 (3). - 034004.

19.UV-assisted 3D bioprinting of nanoreinforced hybrid cardiac patch for myocardial tissue engineering / M. Izadifar, D. Chapman, P. Babyn [et al.]. // Tissue Eng. C Methods. - 2018. - Vol. 24 (2). - P. 74-88.

20.A cardiac patch from aligned microvessel and cardiomyocyte patches / J.A. Schaefer, P.A. Guzman, S.B. Riemenschneider [et al.]. // J. Tissue Eng. Regenerat. Med. - 2018. - Vol. 12 (2). - P. 546-556.

21.Mesenchymal stem cell-loaded cardiac patch promotes epicardial activation and repair of the infarcted myocardium / Q.L. Wang, H.J. Wang, Z.H. Li [et al.]. // J. Cell Mol. Med. - 2017. - Vol. 21 (9). - P. 1751-1766.

22.A regenerative cardiac patch formed by spray painting of biomaterials onto the heart / J. Tang, A. Vandergriff, Z. Wang [et al.]. // Tissue Eng. C Methods. - 2017. - Vol. 23 (3). - P. 146-155.

23.Tissue-engineered cardiac patch seeded with human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes promoted the regeneration of host cardiomyocytes in a rat model / T. Sugiura, N. Hibino, C.K. Breuer, T. Shinoka // J. Cardiothorac. Surg. - 2016. - Vol. 11 (1). - P. 163.

24.Novel PGS/PCL electrospun fiber mats with patterned topographical features for cardiac patch applications / M. Tallawi, D. Dippold, R. Rai [et al.]. // Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. - 2016. - Vol. 69. - P. 569-576.

25.Волков, А.В. Синтетические биоматериалы на основе полимеров органических кислот в тканевой инженерии / А.В. Волков // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. - 2005. - №2. - С. 43-45.

26.Севастьянов, В.И. Биоматериалы, системы доставки лекарственных веществ и биоинженерия / В.И. Севастьянов // Вестник трансплантологии и искусственных органов. - 2009. - Т.9, №3. - С. 6080.

27. Шумаков, В.И. Биополимерные матриксы для искусственных органов и тканей / В.И. Шумаков, В.И. Севастьянов // Здравоохранение и медицинская техника. - 2003. - № 4. - С. 30-32.

28.Разработка 3.0-биосовместимого композитного матрикса для задач реконструктивной хирургии полых органов и тканей / И.В. Решетов, О.И. Старцева, А.Л. Истранов [и др.]. // Анналы пластической, реконструктивной и эстетической хирургии. - 2018. - №4. -С. 12-17.

29. Экспериментальное обоснование создания матрицы на основе децеллюляризованной сосудистой стенки с целью последующей заместительной уретропластики / П.В. Глыбочко, Ю.Г. Аляев, А.Б. Шехтер [и др.]. // Урология. - 2014. - № 6. - С. 41-46. 30.Заместительная уретропластика с использованием тканеинженерной конструкции на основе децеллюляризированной сосудистой матрицы и аутологичных клеток слизистой оболочки щеки: первый опыт / П.В. Глыбочко, Ю.Г. Аляев, В.Н. Николенко [и др.]. // Урология. - 2015. - № 3. - С. 4-10.

31. Разработка трехмерного биосовместимого матрикса для задач реконструктивной хирургии / И.В. Решетов, О.И. Старцева, А.Л. Истранов [и др.]. // Анналы пластической, реконструктивной и эстетической хирургии. -2016. - №2. -С.85-92.

32.Three-dimensional reconstitution of embryonic cardiomyocytes in a collagen matrix: a new heart muscle model system / T. Eschenhagen, C. Fink, U. Remmers [et al.]. // Faseb J. - 1997. - Vol. 11. - P. 683-94.

33.Development of a drug screening platform based on engineered heart tissue / A. Hansen, A. Eder, M. Bonstrup [et al.]. // Circ Res. - 2010. - Vol. 107. - P. 35-44.

34.Weinberger, F. Engineering cardiac muscle tissue / F. Weinberger, I. Mannhardt, T. Eschenhagen // Circ Res. - 2017. - Vol. 120. - P.1487-500.

35.Three-dimensional engineered heart tissue from neonatal rat cardiac myocytes / W.H. Zimmermann, C. Fink, D. Kralisch [et al.]. // Biotechnol Bioeng. -2000. - Vol. 68. - P. 106-14.

36.Cardiac grafting of engineered heart tissue in syngenic rats / W.H. Zimmermann, M. Didie, G.H. Wasmeier [et al.]. // Circulation. - 2002. - Vol. 106. - P. I151-I7.

37.S100A1 gene transfer: a strategy to strengthen engineered cardiac grafts / A. Remppis, S.T. Pleger, P. Most [et al.]. // J Gene Med. - 2004. - Vol. 6. - P. 387-94.

38.Tissue engineering of a differentiated cardiac muscle construct / W.H. Zimmermann, K. Schneiderbanger, P. Schubert [et al.]. // Circ Res. - 2002. -Vol. 90. - P. 223-30.

39.MUSCLEMOTION: a versatile open software tool to quantify cardiomyocyte and cardiac muscle contraction in vitro and in vivo / L. Sala, B.J. van Meer, L.G.J. Tertoolen [et al.]. // Circ Res. - 2008. - Vol. 122. - P. e5-e16.

40.Ca2+-currents in human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes effects of two different culture conditions / A.U. Uzun, I. Mannhardt, K. Breckwoldt [et al.]. // Front Pharmacol. - Vol. 7. - P. 300.

41.Human induced pluripotent stem cell-derived engineered heart tissue as a sensitive test system for QT prolongation and arrhythmic triggers / M.D. Lemoine, T. Krause, J.T. Koivumaki [et al.]. // Circ Arrhythmia Elec. - 2018. - Vol. 11. - P. e006035.

42.Defined engineered human myocardium with advanced maturation for applications in heart failure modeling and repair / M. Tiburcy, J.E. Hudson, P. Balfanz [et al.]. // Circulation. - 2017. - Vol. 135. - P.1832-47.

43.Natural Biomaterials for Cardiac Tissue Engineering: A Highly Biocompatible Solution / Q.A. Majid, A.T.R. Fricker, D.A. Gregory [ et al.]. // Frontiers in Cardiovascular Medicine - 2020 - Vol. 7. - P. 1-32.

44.Engineered heart tissue grafts improve systolic and diastolic function in infarcted rat hearts / W.H. Zimmermann, I. Melnychenko, G. Wasmeier [et al.]. // Nat Med. - 2006. - Vol. 12. - P. 452-8.

45.Growth of engineered human myocardium with mechanical loading and vascular coculture / N.L. Tulloch, V. Muskheli, M.W. Razumova [et al.]. // Circ Res.- 2011. - Vol. 109. - P. 47-59.

46.Increased afterload induces pathological cardiac hypertrophy: a new in vitro model / M.N. Hirt, N.A. Sorensen, L.M. Bartholdt // Basic Res Cardiol. -2012. - Vol. 107. - P. 307.

47.Murine and human pluripotent stem cell-derived cardiac bodies form contractile myocardial tissue in vitro / G. Kensah, A. Roa Lara, J. Dahlmann [et al.]. // Eur Heart J.- 2013. - Vol. 34. - P. 1134-46.

48.Physiologic force-frequency response in engineered heart muscle by electromechanical stimulation / A.F. Godier-Furnemont, M. Tiburcy, E. Wagner [et al.]. // Biomaterials. - 2015. - Vol. 60. - P. 82-91.

49.Contractile defect caused by mutation in MYBPC3 revealed under conditions optimized for human PSC-cardiomyocyte function / M.J. Birket, M.C. Ribeiro, G. Kosmidis [et al.]. // Cell Rep. - 2015. - Vol. 13. - P. 733-45.

50.Jackman C.P. Dynamic culture yields engineered myocardium with near-adult functional output / C.P. Jackman, A.L. Carlson, N. Bursac // Biomaterials. -2016. - Vol. 111. - P. 66-79.

51.Advanced maturation of human cardiac tissue grown from pluripotent stem cells / K. Ronaldson-Bouchard, S.P. Ma, K. Yeager [et al.]. // Nature. - 2018. - Vol. 556. - P. 239-43.

52.Self- organization of rat cardiac cells into contractile 3-D cardiac tissue / K. Baar, R. Birla, M.O. Boluyt [et al.]. // FASEB J. - Vol. 19. - P. 275-7.

53.Blinded contractility analysis in hiPSC-cardiomyocytes in engineered heart tissue format: comparison with human atrial trabeculae / I. Mannhardt, A. Eder, B. Dumotier [et al.]. // Toxicol Sci. - 2017. - Vol. 158. - P. 164-75.

54.Effects of proarrhythmic drugs on relaxation time and beating pattern in rat engineered heart tissue / A. Eder, A. Hansen, J. Uebeler [et al.]. // Basic Res Cardiol. - 2014. - Vol. 109. - P. 436.

55.Human engineered heart tissue as a model system for drug testing / A. Eder, I. Vollert, A. Hansen, T. Eschenhagen // Adv Drug Deliver Rev. - 2016. -Vol. 96. - P. 214-24.

56.Human iPSC-derived cardiomyocytes cultured in 3D engineered heart tissue show physiological upstroke velocity and sodium current density / M.D. Lemoine, I. Mannhardt, K. Breckwoldt [et al.]. // Sci Rep. - 2017. - Vol. 7. -P. 5464.

57.Titin mutations in iPS cells define sarcomere insufficiency as a cause of dilated cardiomyopathy / J.T. Hinson, A. Chopra, N. Nafissi [et al.]. // Science. - 2015. - Vol. 349. - P. 982-6.

58.Advancing functional engineered cardiac tissues toward a preclinical model of human myocardium / I.C. Turnbull, I. Karakikes, G.W. Serrao [et al.]. // Faseb J. - 2014. - Vol. 28. - P. 644-54.

59.Ablation of cardiac myosin- binding protein-C accelerates contractile kinetics in engineered cardiac tissue / Lange W.J., Grimes A.C., Hegge L.F. [et al.]. // J Gen Physiol. - 2012. - Vol.141. - P. 73-84.

60.E258K HCM-causing mutation in cardiac MyBP-C reduces contractile force and accelerates twitch kinetics by disrupting the cMyBP-C and myosin S2 interaction / W.J. De Lange, A.C. Grimes, L.F. Hegge [et al.]. // J Gen Physiol. - 2013. - Vol. 142. - P. 241-55.

61.Contractile abnormalities and altered drug response in engineered heart tissue from Mybpc3-targeted knock-in mice / A. Stohr, F.W. Friedrich, F. Flenner [et al.]. // J Mol Cell Cardiol. - 2013. - Vol. 63. - P. 189-98.

62.Design and formulation of functional pluripotent stem cell-derived cardiac microtissues / N. Thavandiran, N. Dubois, A. Mikryukov [et al.]. // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2013. - Vol. 110. - P. E4698-E707.

63.CRISPR correction of the PRKAG2 gene mutation in the patient's induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes eliminates electrophysiological and structural abnormalities / R. Ben Jehuda, B. Eisen, Y. Shemer [et al.]. // Heart Rhythm. - 2018. - Vol. 15. - P. 267-76.

64.CRISPR/Cas9 editing in human pluripotent stem cell-cardiomyocytes highlights arrhythmias, hypocontractility, and energy depletion as potential therapeutic targets for hypertrophic cardiomyopathy / D. Mosqueira, I. Mannhardt, J.R. Bhagwan [et al.]. // Eur Heart J. - 2018. - Vol. 39. - P. 387992.

65.Isogenic pairs of hiPSC-CMs with hypertrophic cardiomyopathy/LVNC-associated ACTC1 E99K mutation unveil differential functional deficits /

J.G.W. Smith, T. Owen, J.R. Bhagwan [et al.]. // Stem Cell Rep. - 2018. -Vol. 11. - P.1226-43.

66.Bioengineering an electro-mechanically functional miniature ventricular heart chamber from human pluripotent stem cells / R.A. Li, W. Keung, T.J. Cashman [et al.]. // Biomaterials. - 2018. - Vol. 163. - P. 116-27.

67.Trends in five-year survival of patients discharged after acute myocardial infarction / I.R. Bata, R.D. Gregor, H.K. Wolf [et al.]. // Can J Cardiol. - 2006. - Vol. 22. - P. 399-404.

68.Eschenhagen, T. Engineering myocardial tissue / T. Eschenhagen, W.H. Zimmermann // Circ Res. - 2005. - Vol. 97. - P. 1220-31.

69.Optimizing engineered heart tissue for therapeutic applications as surrogate heart muscle / H. Naito, I. Melnychenko, M. Didie [et al.]. // Circulation. -2006. - Vol. 114. - P. I72-I8.

70.Cardiac repair in guinea pigs with human engineered heart tissue from induced pluripotent stem cells / F. Weinberger, K. Breckwoldt, S. Pecha [et al.]. // Sci Transl Med. - 2016. - Vol. 8. - P. 363-148.

71.Epicardial cells derived from human embryonic stem cells augment cardiomyocyte-driven heart regeneration / J. Bargehr, L.P. Ong, M. Colzani [et al.]. // Nat Biotechnol. - 2019. - Vol. 37. - P. 895-906.

72.Large cardiac muscle patches engineered from human induced- pluripotent stem cell-derived cardiac cells improve recovery from myocardial infarction in swine / L. Gao, Z.R. Gregorich, W.Q. Zhu [et al.]. // Circulation. - 2018. -Vol. 137. - P. 1712-30.

73.An acute immune response underlies the benefit of cardiac stem cell therapy / R.J. Vagnozzi, M. Maillet, M.A. Sargent [et al.]. // Nature. - 2020. - Vol. 577. - P. 405-9.

74.Cardiopatch platform enables maturation and scale-up of human pluripotent stem cell-derived engineered heart tissues / I.Y. Shadrin, B.W. Allen, Y. Qian [et al.]. // Nat Commun. - 2017. - Vol. 8. - P. 1825.

75.Big bottlenecks in cardiovascular tissue engineering / N.F. Huang, V. Serpooshan, V.B. Morris [et al.]. // Commun Biol. - 2018. - Vol. 1. - P. 199.

76.Development of a scalable suspension culture for cardiac differentiation from human pluripotent stem cells / V.C. Chen, J.J. Ye, G. Hua [et al.]. // Mol Ther. - 2014. - Vol. 22. - P. S204-S5.

77.Scalable and physiologically relevant microenvironments for human pluripotent stem cell expansion and differentiation / Q. Li, H.S. Lin, Q. Du [et al.]. // Biofabrication. - 2018. - Vol. 10. - P. 025006

78.NaImpact of cell composition and geometry on human induced pluripotent stem cells-derived engineered cardiac tissue / T. Nakane, H. Masumoto J.P. Tinney [et al.]. // Sci Rep. - 2017. - Vol. 7. - P. 45641.

79.Three-dimensional microfluidic tissue-engineering scaffolds using a flexible biodegradable polymer / C.J. Bettinger, E.J. Weinberg, K.M. Kulig [et al.]. // Adv Mater. - 2005. - Vol. 18. - P. 165-169.

80.Three-dimensional bioprinting of thick vascularized tissues / D.B. Kolesky, K.A. Homan, M.A. Skylar-Scott, J.A. Lewis // Proc Natl Acad Sci U S A. -2016. - Vol. 113. - P. 3179-84.

81.HLA engineering of human pluripotent stem cells / L. Riolobos, R.K. Hirata, C.J. Turtle [et al.]. // Mol Ther. - 2013. - Vol. 21. - P. 1232-41.

82.Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non- human primate hearts / J.J. Chong, X. Yang, C.W. Don [et al.]. // Nature. - 2014. -Vol. 510. - P. 273-7.

83.Human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes restore function in infarcted hearts of non-human primates / Y.W. Liu, B. Chen, X. Yang [et al.]. // Nat Biotechnol. - 2018. - Vol. 36. - P. 597-605.

84.Ige, O. Natural products: a minefield of biomaterials / O. Ige, L. Umoru, S.

Aribo // ISRN Mater Sci. - 2012. - Vol. 2012. - P. 983062. 85.Gagner, J.E. Designing protein-based biomaterials for medical applications / J.E. Gagner, W. Kim, E.L. Chaikof // Acta Biomater. - 2014. - Vol. 10. - P. 1542-57.

86.Collagen tissue engineering: development of novel biomaterials and applications / L. Cen, W. Liu, L. Cui // Pediatr Res. - 2008. - Vol. 63. - P. 492-6.

87.Lee, C.H. Biomedical applications of collagen / C.H. Lee, A. Singla, Y. Lee // Int J Pharmaceut. - 2001. - Vol. 221. - P. 1-22.

88.Ricard-Blum, S. The collagen family / S. Ricard-Blum // Cold Spring Harbor Perspect Biol. - 2011. - № 3a004978.

89.Hamaia, S. Integrin recognition motifs in the human collagens / Hamaia S., R.W. Farndale // Adv Exp Med Biol. - 2014. - Vol. 819. - P. 127-42.

90.Harley, B.A.C. In vivo and in vitro applications of collagen-GAG scaffolds / B.A.C. Harley, L.J. Gibson // Chem Eng J. - 2008. - Vol. 137. - P. 102-121.

91.Crosslinking and composition influence the surface properties, mechanical stiffness and cell reactivity of collagen-based films / C.N. Grover, J.H. Gwynne, N. Pugh [et al.]. // Acta Biomater. - 2012. - Vol. 8. - P. 3080-90.

92.Murphy, C.M. The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering / C.M. Murphy, M.G. Haugh, F.J. O'Brien // Biomaterials. -2010. - Vol. 31. - P. 461-6.

93.Biologically active collagen- based scaffolds: advances in processing and characterization / I.V. Yannas, D.S. Tzeranis, B.A. Harley, P.T.K. So // Philos Trans A Math Phys Eng Sci. - 2010. - Vol. 368. - P. 2123-39.

94.A design protocol for tailoring ice-templated scaffold structure / K.M. Pawelec, A. Husmann, S.M. Best, R.E. Cameron // J R Soc Interface. - 2014.

- Vol. 11. - P. 20130958.

95.Cell invasion in collagen scaffold architectures characterized by percolation theory / J.C. Ashworth, M. Mehr, P.G. Buxton [et al.]. // Adv Healthc Mater.

- 2015. - Vol. 4. - P. 1317-21.

96.Preparation and evaluation of molecularly- defined collagen-elastin-glycosaminoglycan scaffolds for tissue engineering / W.F. Daamen, H.T.B.

van Moerkerk, T. Hafmans [et al.]. // Biomaterials. - 2003. - Vol. 24. - P. 4001-9.

97.Collagen- hyaluronic acid scaffolds for adipose tissue engineering / N. Davidenko, J.J. Campbell, E.S. Thian [et al.]. // Acta Biomater. - 2010. - Vol. 6. - P. 3957-68.

98.Control of crosslinking for tailoring collagen-based scaffolds stability and mechanics / N. Davidenko, C.F. Schuster, D.W. Bax [et al.]. // Acta Biomater.

- 2015. - Vol. 25. - P. 131-42.

99.Pacak, C.A. An improved method for the preparation of type I collagen from skin / C.A. Pacak, A.A. MacKay, D.B. Cowan // J Vis Exp. - 2014. - Vol. 83.

- P. e51011.

100. Preparation of ready-to-use, storable and reconstituted type I collagen from rat tail tendon for tissue engineering applications / N. Rajan, J. Habermehl, M.-F. Coté [et al.]. // Nat Protoc. - 2006. - Vol. 1. - P. 2753.

101. Gross, J. Extraction of collagen from connective tissue by neutral salt solutions / J. Gross, J.H. Highberger, F.O. Schmitt // Proc Natl Acad Sci U S A. - 1955. - Vol. 41. - P. 1-7.

102. Niyibizi, C. Human placenta type V collagens. Evidence for the existence of an alpha 1 (V) alpha 2 (V) alpha 3 (V) collagen molecule / C. Niyibizi, P. Fietzek, M. Van der Rest // J Biol Chem. - 1984. - Vol. 259. - P. 14170-4.

103. Use of synthetic peptides to locate novel integrin a2ß1- binding motifs in human collagen III / N. Raynal, S.W. Hamaia, P. Siljander [et al.]. // J Biol Chem. - 2006. - Vol. 281. - P. 3821-31.

104. Selecting the correct cellular model for assessing of the biological response of collagen-based biomaterials / N. Davidenko, S. Hamaia, D.V. Bax [et al.]. // Acta Biomater. - 2018. - Vol. 65. - P. 88-101.

105. Revisiting cardiac cellular composition / A.R. Pinto, A. Ilinykh, M.J. Ivey [et al.]. // Circ Res. - 2016. - Vol. 118. - P. 400-9.

106. Nag, A.C. Study of non-muscle cells of the adult Mammalian heart - a fine-structural analysis and distribution / A.C. Nag // Cytobios. - 1980. - Vol. 28. - P. 41-61.

107. Ross, R.S. Integrins and the myocardium / R.S. Ross, T.K. Borg // Circ Res. - 2001. - Vol. 88. - P. 1112-9.

108. Expression of alpha and beta integrins during terminal differentiation of cardiomyocytes / N. Maitra, I.L. Flink, J.J. Bahl, E. Morkin // Cardiovasc Res. - 2000. - Vol. 47. - P. 715-25.

109. Lowry, O.H. The determination of collagen and elastin in tissues, with results obtained in various normal tissues from different species / O.H. Lowry, D.R. Gilligan, E.M. Katersky // J Biol Chem. - 1941. - Vol. 139. - P. 795804.

110. De Souza, R.R. Aging of myocardial collagen / R.R. de Souza // Biogerontology. - 2002. - Vol. 3. - P. 325-5.

111. Weber, K.T. Cardiac interstitium in health and disease - the fibrillar collagen network / K.T. Weber // J Am Coll Cardiol. - 1989. - Vol. 13. - P. 1637-52.

112. Differential myocardial abundance of collagen type I and type III mRNA in dilated cardiomyopathy: effects of myocardial inflammation / M. Pauschinger, A. Doerner, A. Remppis [et al.]. // Cardiovasc Res. - 1998. -Vol. 37. - P. 123-9.

113. Radhakrishnan, J. Hydrogel based inj ectable scaffolds for cardiac tissue regeneration / J. Radhakrishnan, U.M. Krishnan, S. Sethuraman // Biotechnol Adv. - 2014. - Vol. 32. - P. 449-61.

114. Hydrogel based approaches for cardiac tissue engineering / L. Saludas, S. Pascual-Gil, F. Prosper [et al.]. // Int J Pharmaceut. - 2017. - Vol. 523. -P. 454-75.

115. Chiu, L.L. Controlled release of thymosin ß4 using collagen-chitosan composite hydrogels promotes epicardial cell migration and angiogenesis / L.L. Chiu, M. Radisic // J Control Release. - 2011. - Vol. 155. - P. 376-85.

116. Generali, M. Bioresorbable scaffolds for cardiovascular tissue engineering / M. Generali, P.E. Dijkman, S.P. Hoerstrup // EMJ Int Cardiol.

- 2014. - Vol. 1. - P. 91-9.

117. Fabrication of three-dimensional collagen scaffold using an inverse mould-leaching process / S. Ahn, S. Lee, Y. Cho [et al.]. // Bioproc Biosyst Eng. - 2011. - Vol. 34. - P. 903-1.

118. Collagen-based hydrogels and their applications for tissue engineering and regenerative medicine / S. Dinescu, M. Kaya, L. Chitoiu [et al.]. - In: Mondal M, editor. Polymers and Polymeric Composites: A Reference Series. Cham: Springer. - 2019. - P. 1643 - 1664.

119. Electroconductive biohybrid hydrogel for enhanced maturation and beating properties of engineered cardiac tissues / K. Roshanbinfar, L. Vogt, B. Greber [et al.]. // Adv Funct Mater. - 2018. - Vol. 28. - P. 1803951.

120. Injectable biodegradable hybrid hydrogels based on thiolated collagen and oligo (acryloyl carbonate)-poly (ethylene glycol)-oligo (acryloyl carbonate) copolymer for functional cardiac regeneration / G.H. Xu, X.L. Wang, C. Deng [et al.]. // Acta Biomater. - 2015. - Vol. 15. - P. 55-64.

121. Behavior of CMPCs in unidirectional constrained and stress-free 3D hydrogels / M.H. van Marion, N.A. Bax, M.C. van Turnhout [et al.]. // J Mol Cell Cardiol. - 2015. - Vol. 87. - P. 79-91.

122. Injectable conductive collagen/alginate/polypyrrole hydrogels as a biocompatible system for biomedical applications / F. Ketabat, A. Karkhaneh, R.M. Aghdam, S.H.A. Tafti // J Biomat Sci Polym E. - 2017. - Vol. 28. - P. 94-805.

123. Creation of engineered cardiac tissue in vitro from mouse embryonic stem cells / X.M. Guo, Y.S. Zhao, H.X. Chang [et al.]. // Circulation. - 2016.

- Vol. 113. - P. 2229-37.

124. Construction of a unidirectionally beating 3-dimensional cardiac muscle construct / Y.S. Zhao, C.Y. Wang, D.X. Li [et al.]. // J Heart Lung Transplant. - 2005. - Vol. 24. - P. 1091-7.

125. The mechanisms of fibroblast-mediated compaction of collagen gels and the mechanical niche around individual fibroblasts / Z. Feng, Y. Wagatsuma, W. Kikuchi [et al.]. // Biomaterials. - 2014. - Vol. 35. - P. 807891.

126. Investigation on the mechanical properties of contracted collagen gels as a scaffold for tissue engineering / Z. Feng, M. Yamato, T. Akutsu [et al.]. // Artif Organs. - 2003. - Vol. 27. - P. 84-91.

127. Bell, E. Production of a tissue-like structure by contraction of collagen lattices by human fibroblasts of different proliferative potential in vitro / E. Bell, B. Ivarsson , C. Merrill // Proc Natl Acad Sci U S A. - 1979. - Vol. 76.

- P. 1274-8.

128. Silk fibroin/collagen protein hybrid cell-encapsulating hydrogels with tunable gelation and improved physical and biological properties / J.O. Buitrago, K.D. Patel, A. El-Fiqi [et al.]. // Acta Biomater. - 2018. - Vol. 69.

- P. 218-33.

129. A microfabricated platform to measure and manipulate the mechanics of engineered cardiac microtissues / T. Boudou, W.R. Legant, A. Mu [et al.]. // Tissue Eng Part A. - 2012. - Vol. 18. - P. 910.

130. In vitro cardiac tissue models: Current Status and future prospects / A. Mathur, Z. Ma, P. Loskill [et al.]. // Adv Drug Deliv Rev. - 2016. - Vol. 96.

- P. 203-13.

131. Paoletti, C. Impact of biomaterials on differentiation and reprogramming approaches for the generation of functional cardiomyocytes / C. Paoletti, C. Divieto, V. Chiono // Cells. - 2017. - Vol. 7.

132. Santhakumar, R. Cardiogel: a nano-matrix scaffold with potential application in cardiac regeneration using mesenchymal stem cells / R. Santhakumar, P. Vidyasekar, R.S. Verma // PLoS One. - 2014. - Vol. 9. - P. e0114697.

133. Differential effect of myocardial matrix and integrins on cardiac differentiation of human mesenchymal stem cells / G. Tan, W. Shim, Y.C. Gu [et al.]. // Differentiation. - 2010. - Vol. 79. - P. 260-71.

134. Matrix identity and tractional forces influence indirect cardiac reprogramming / Y.P. Kong, B. Carrion, R.K. Singh, A.J. Putnam // Sci Rep.

- 2013. - Vol. 3. - P. 3474.

135. In vivo reprogramming of murine cardiac fibroblasts into induced cardiomyocytes / L. Qian, Y. Huang, C.Y. Spencer [et al.]. // Nature. - 2012.

- Vol. 485. - P. 593-8.

136. Grover, C.N. Physical Properties and Cell Interactions of CollagenBased Scaffolds and Films for Use in Myocardial Tissue Engineering / C.N. Grover // University of Cambridge. - 2012.

137. Influence of freezing rate on pore structure in freeze-dried collagenGAG scaffolds / F.J. O'Brien, B.A. Harley, I.V. Yannas, L. Gibson // Biomaterials. - 2004. - Vol. 25. - P. 1077-86.

138. Microarchitecture of three-dimensional scaffolds influences cell migration behavior via junction interactions / B.A.C. Harley, H.D. Kim, M.H. Zaman [et al.]. // Biophys J. - 2008. - Vol. 95. - P. 4013-24.

139. Biomimetic collagen scaffolds with anisotropic pore architecture / N. Davidenko, T. Gibb, C. Schuster [et al.]. // Acta Biomater. - 2012. - Vol. 8.

- P. 667-76.

140. Understanding anisotropy and architecture in ice-templated biopolymer scaffolds / K.M. Pawelec, A. Husmann, S.M. Best, R.E. Cameron // Mat Sci Eng C Mater. - 2014. - Vol. 37. - P. 141-7.

141. Collagen-based matrices with axially oriented pores / M. Madaghiele, A. Sannino, I.V. Yannas, M. Spector // J Biomed Mater Res A. - 2008. - Vol. 85. - P. 757-67.

142. Stokols, S. The fabrication and characterization of linearly oriented nerve guidance scaffolds for spinal cord injury / S. Stokols, M.H. Tuszynski // Biomaterials. - 2004. - Vol. 25. - P. 5839-46.

143. Lew, D.H. Optimization of UV cross-linking density for durable and nontoxic collagen GAG dermal substitute / D.H. Lew, P.H.T. Liu, D.P. Orgill // J Biomed Mater Res B. - 2007. - Vol. 85. - P. 51-6.

144. Ohan, M.P. Synergistic effects of glucose and ultraviolet irradiation on the physical properties of collagen / M.P. Ohan, K.S. Weadock, M.G. Dunn // J Biomed Mater Res. - 2002. - Vol. 60. - P. 384-91.

145. Characterization of UV-irradiated dense/porous collagen membranes: morphology, enzymatic degradation, mechanical properties / J.E. Lee, J.C. Park, Y.S. Hwang [et al.]. // Yonsei Med J. - 2001. - Vol. 42. - P. 172-9.

146. Optimisation of UV irradiation as a binding site conserving method for crosslinking collagen-based scaffolds / N. Davidenko, D.V. Bax, C.F. Schuster [et al.]. // J Mater Sci. - 2015. - Vol. 27. - P. 14.

147. Preparation and characterization of porous crosslinked collagenous matrices containing bioavailable chondroitin sulphate / J.S. Pieper, A. Oosterhof, P.J. Dijkstra [et al.]. // Biomaterials. - 1999. - Vol. 20. - P. 84758.

148. Cross-linking of dermal sheep collagen using a water-soluble carbodiimide / L.H.H.O. Damink, P.J. Dijkstra, M.J.A. van Luyn [et al.]. // Biomaterials. - 1996. - Vol. 17. - P. 765-73.

149. Evaluation of different chemical methods for cros-linking collagen gel, films and sponges / I. Rault, V. Frei, D. Herbage [et al.]. // J Mater Sci. - 1996. - Vol. 7. - P. 215-21.

150. Khor, E. Methods for the treatment of collagenous tissues for bioprostheses / E. Khor // Biomaterials. - 1997. - Vol. 18. - P. 95-105.

151. Simmons, D. Evaluation of collagen cross-linking techniques for the stabilization of tissue matrices / D. Simmons, J. Kearney // Biotechnol Appl Biochem. - 1993. - Vol. 17. - P. 23-9.

152. Hollister, S.J. Optimal design and fabrication of scaffolds to mimic tissue properties and satisfy biological constraints / S.J. Hollister, R.D. Maddox, J.M. Taboas // Biomaterials. - 2002. - Vol. 23. - P. 4095-103.

153. Fundamental insight into the effect of carbodiimide crosslinking on cellular recognition of collagen-based scaffolds / D.V. Bax, N. Davidenko, D. Gullberg [et al.]. // Acta Biomater. - 2017. - Vol. 49. - P. 218-34.

154. Evaluation of cell binding to collagen and gelatin: a study of the effect of 2D and 3D architecture and surface chemistry / N. Davidenko, C.F. Schuster, D.V. Bax [et al.]. // J Mater Sci. - 2016. - Vol. 27. - P. 148.

155. The synthesis and coupling of photoreactive collagen- based peptides to restore integrin reactivity to an inert substrate, chemically-crosslinked collagen / J.D. Malcor, D. Box, S.W. Hamaia [et al.]. // Biomaterials. - 2016. - Vol. 85. - P. 65-77.

156. Coupling of a specific photoreactive triple-helical peptide to crosslinked collagen films restores binding and activation of DDR2 and VWF / J.D. Malcor, V. Juskaite, D. Gavriilidou [et al.]. // Biomaterials. - 2018. -Vol. 182. - P. 21-34.

157. High-density seeding of myocyte cells for cardiac tissue engineering / M. Radisic, M. Euloth, L.M. Yang [et al.]. // Biotechnol Bioeng. - 2003. -Vol. 82. - P. 403-14.

158. Cardiac tissue engineering - Optimization of cardiac cell seeding and distribution in 3D porous alginate scaffolds / A. Dar, M. Shachar, J. Leor, S. Cohen // Biotechnol Bioeng. - 2002. - Vol. 80. - P. 305-12.

159. In vitro engineering of heart muscle: Artificial myocardial tissue / T. Kofidis, P. Akhyari, J. Boublik [et al.]. // J Thorac Cardiov Sur. - 2002. - Vol. 124. - P. 63-9.

160. Myocardial restoration with embryonic stem cell bioartificial tissue transplantation / Y. Kofidis, J.L. de Bruin, G. Hoyt [et al.]. // J Heart Lung Transpl. - 2005. - Vol. 24. - P. 737-44.

161. Cardiac tissue engineering: characteristics of in unison contracting two-and three-dimensional neonatal rat ventricle cell (co)-cultures / M.J. van Luyn, R.A. Tio, X.J. Gallego y van Seijen [et al.]. // Biomaterials. - 2002. -Vol. 23. - P. 4793-801.

162. The enzymatic degradation of scaffolds and their replacement by vascularized extracellular matrix in the murine myocardium / M.J. van Amerongen, M.C. Harmsen, A.H. Petersen [et al.]. // Biomaterials. - 2006. -Vol. 27. - P. 2247-57.

163. Collagen-GAG scaffolds grafted onto myocardial infarcts in a rat model: a delivery vehicle for mesenchymal stem cells / Z. Xiang, R.L. Liao, M.S. Kelly [et al.]. // Tissue Eng. - 2006. - Vol. 12. - P. 2467-78.

164. Lam, M.T. Biomaterial applications in cardiovascular tissue repair and regeneration / M.T. Lam, J.C. Wu // Expert Rev Cardiovasc Ther. - 2012. -Vol. 10. - P. 1039-49.

165. 3D spheroid culture system on micropatterned substrates for improved differentiation efficiency of multipotent mesenchymal stem cells / W. Wang, K. Itaka, S. Ohba [et al.]. // Biomaterials. - 2009. - Vol. 30. - P. 2705-15.

166. Enhanced differentiation of mesenchymal stem cells into NP-like cells via 3D co- culturing with mechanical stimulation / D.H. Kim, S.H. Kim, S.J. Heo [et al.]. // J Biosci Bioeng. - 2009. - Vol. 108. - P. 63-7.

167. Aggregation of human mesenchymal stromal cells (MSCs) into 3D spheroids enhances their antiinflammatory properties / T.J. Bartosh, J.H. Ylostalo, A. Mohammadipoor [et al.]. // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2010. -Vol. 107. -P. 13724-9.

168. Human mesenchymal stem/stromal cells cultured as spheroids are self-activated to produce prostaglandin E2 that directs stimulated macrophages into an anti-inflammatory phenotype / J.H. YlÖstalo, T.J. Bartosh, K. Coble [et al.]. // Stem Cells. - 2012. - Vol. 30. - P. 2283-96.

169. Discher, D.E. Tissue cells feel and respond to the stiffness of their substrate / D.E. Discher, P. Janmey, Y.L. Wang // Science. - 2005. - Vol. 310.

- P. 1139-43.

170. Collagen scaffold enhances the regenerative properties of mesenchymal stromal cells / I. Rashedi, N. Talele, X.H. Wang [et al.]. // PLoS One. - 2017.

- Vol. 12. - P. e0187348.

171. Increased paracrine immunomodulatory potential of mesenchymal stromal cells in three-dimensional culture / B. Follin, M. Juhl, S. Cohen [et al.]. // Tissue Eng Part B. - 2016. - Vol. 22. - P. 322-9.

172. Frith, J.E. Dynamic three-dimensional culture methods enhance mesenchymal stem cell properties and increase therapeutic potential / J.E. Frith, B. Thomson, P.G. Genever // Tissue Eng Part C. - 2010. - Vol. 16. - P. 735-49.

173. Sun, X.T. Vascularization strategies of engineered tissues and their application in cardiac regeneration / X.T. Sun, W. Altalhi, S.S. Nunes // Adv Drug Deliver Rev. - 2016. - Vol. 96. - P. 183-94.

174. Тканеинженерная конструкция для регенерации сердечной ткани / Л.П. Ичкитидзе, А.Ю. Герасименко, У.Е. Курилова [и др.]. // Патент на изобретение 2725860 C1, 06.07.2020. Заявка № 2019143994 от 26.12.2019г.

175. Reitman, S. A colorimetric method for the determination of serum glutamic oxalacetic and glutamic pyruvic transaminases / S. Reitman, S. Frankel // Amer. J. Clin. Path. - 1957. - Vol. 28. - P. 56.

176. Меньшиков, В.В. Лабораторные методы исследования в клинике. Справочник / В.В. Меньшиков. - М.: Медицина, 1987. - 368 с.

177. Cerium-containing N-acetyl-6-aminohexanoic acid formulation accelerates wound reparation in diabetic animals / E. Blinova, D. Shimanovsky, D. Shmatok [et al.]. // Biomolecules. - 2021. - 11(6), 834 -P.1-21.

178. Сергиенко, В.И. Методические рекомендации по статистической обработке результатов доклинических исследований лекарственных средств / В.И. Сергиенко, И.Б. Бондарева, Е.И. Маевский / Руководство по доклиническому изучению лекарственных средств. Под ред. А.Н. Миронова. - М.: Гриф и Ко, 2012. - С. 889-994.

179. Myocardial ischemia reperfusion injury: from basic science to clinical bedside. / A. Frank, М. Bonney, S. Bonney, L. Weitzel [et al.]. // Semin Cardiothorac Vasc Anesth. - 2012 - Vol. 16, №3. - P. 123-132.

180. Оценка эффективности тканеинженерных конструкций при ишемическом повреждении сердца в эксперименте / Е.В. Блинова, Д.О. Шматок, А.Ю. Герасименко [и др.]. // Оперативная хирургия и клиническая анатомия (Пироговский научный журнал). - 2021. - Т.5, №2. - С. 12-18.

181. Применение клеточно-инженерных конструкций в хирургическом лечении повреждений артерий крупного диаметра в эксперименте» / О.В. Дракина, Д.О. Шматок, А.Л. Истранов [и др.]. // Вестник новых медицинских технологий. - 2022. - Т.29, №2. - С. 43-46.