Биопластические коллагенсодержащие материалы в реконструктивной хирургии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В последние годы биопластические коллагенсодержащие материалы получили широкое распространение в реконструктивной хирургии благодаря их уникальным биологическим и механическим свойствам. В статье рассматриваются современные достижения в области разработки и применения коллагенсодержащих биоматериалов для восстановления мягких тканей, костей и хрящей, а также их эффективность по сравнению с другими типами материалов, используемых в реабилитации. Особое внимание уделено улучшению свойств коллагеновых материалов за счет их химической модификации, кросслинкинга и комбинирования с синтетическими полимерами, что позволяет повысить их биосовместимость, устойчивость к деградации и механическую прочность.

Рассмотрены ключевые области применения коллагенсодержащих материалов, включая заживление хронических ран, восстановление хрящевой ткани при остеоартрите, регенерацию костей после травм и хирургических вмешательств.

Проведен сравнительный анализ коллагеновых материалов с альтернативными биоматериалами, такими как синтетические полимеры и керамика. Показано, что коллагеновые материалы превосходят синтетические аналоги по биосовместимости и способности стимулировать клеточную пролиферацию, однако комбинированные материалы на основе коллагена и синтетических полимеров показывают наилучшие результаты с точки зрения механической стабильности и биоактивности.

Представленные данные свидетельствуют о высоком потенциале использования биопластических коллагенсодержащих материалов в реконструктивной хирургии, а также подчеркивают необходимость дальнейших исследований для оптимизации их свойств и расширения применения в клинической практике.

Об авторах

П. С. Еремин

Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: ereminps@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8832-8470
Россия, Москва

Е. А. Рожкова

Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии

Email: ereminps@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2440-9244

доктор биологических наук

Россия, Москва

Л. А. Марченкова

Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии

Email: ereminps@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1886-124X

доктор медицинских наук

Россия, Москва

П. А. Марков

Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии

Email: ereminps@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4803-4803

кандидат биологических наук

Россия, Москва

Список литературы

  1. Ogueri K.S., Laurencin C.T. Nanofiber Technology for Regenerative Engineering. ACS Nano. 2020; 14 (8): 9347–63. doi: 10.1021/acsnano.0c03981
  2. Liu S., Yu J.-M., Gan Y.-C. et al. Biomimetic natural biomaterials for tissue engineering and regenerative medicine: new biosynthesis methods, recent advances, and emerging applications. Mil Med Res. 2023; 10 (1): 16. doi: 10.1186/s40779-023-00448-w
  3. Sohutskay D.O., Buno K.P., Tholpady S.S. et al. Design and biofabrication of dermal regeneration scaffolds: role of oligomeric collagen fibril density and architecture. Regen Med. 2020; 15 (2): 1295–312. doi: 10.2217/rme-2019-0084
  4. Meyer M. Processing of collagen based biomaterials and the resulting materials properties. Biomed Eng Online. 2019; 18 (1): 24. doi: 10.1186/s12938-019-0647-0
  5. Mbese Z., Alven S., Aderibigbe B.A. Collagen-Based Nanofibers for Skin Regeneration and Wound Dressing Applications. Polymers (Basel). 2021; 13 (24): 4368. doi: 10.3390/polym13244368
  6. López-López, M.T. et al. Innovative techniques in the development of collagen scaffolds for tissue engineering. Tissue Engineering: Part A, 2023.
  7. He X., Li W., Liu S. et al. Fabrication of high-strength, flexible, porous collagen-based scaffolds to promote tissue regeneration. Mater Today Bio. 2022; 16: 100376. doi: 10.1016/j.mtbio.2022.100376
  8. Geevarghese R., Sajjadi S.S., Hudecki A. et al. Biodegradable and Non-Biodegradable Biomaterials and Their Effect on Cell Differentiation. Int J Mol Sci. 2022; 23 (24): 16185. doi: 10.3390/ijms232416185
  9. Abaszadeh F., Ashoub M.H., Khajouie G. et al. Nanotechnology development in surgical applications: recent trends and developments. Eur J Med Res. 2023; 28 (1): 537. doi: 10.1186/s40001-023-01429-4
  10. Valamvanos T.F., Dereka X., Katifelis H. et al. Recent Advances in Scaffolds for Guided Bone Regeneration. Biomimetics (Basel). 2024; 9 (3): 153. doi: 10.3390/biomimetics9030153
  11. Farag A., Vaquette C., Hutmacher D.W. et al. Fabrication and Characterization of Decellularized Periodontal Ligament Cell Sheet Constructs. Methods Mol Biol. 2023; 2588: 429–38. doi: 10.1007/978-1-0716-2780-8_25
  12. Palani N., Vijayakumar P., Monisha P. et al. Electrospun nanofibers synthesized from polymers incorporated with bioactive compounds for wound healing. J Nanobiotechnology. 2024; 22 (1): 211. doi: 10.1186/s12951-024-02491-8
  13. Gomez-Florit M., Pardo A., Domingues R.M.A. et al. Natural-Based Hydrogels for Tissue Engineering Applications. Molecules. 2020; 25 (24): 5858. doi: 10.3390/molecules25245858
  14. Shang Y., Wang G., Zhen Y. et al. Application of decellularization-recellularization technique in plastic and reconstructive surgery. Chin Med J (Engl). 2023; 136 (17): 2017–27. doi: 10.1097/CM9.0000000000002085
  15. Huang W.H., Ding S.L., Zhao X.-Y. et al. Collagen for neural tissue engineering: Materials, strategies, and challenges. Mater Today Bio. 2023; 20: 100639. doi: 10.1016/j.mtbio.2023.100639
  16. Deng X., Gould M., Ali M.A. A review of current advancements for wound healing: Biomaterial applications and medical devices. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2022; 110 (11): 2542–73. doi: 10.1002/jbm.b.35086
  17. Марков П.А., Еремин П.С., Падерин Н.М. и др. Влияние биопластического материала на адгезию, рост и пролиферативную активность фибробластов человека в средах, имитирующих кислотность раневого ложа при остром и хроническом воспалении. Вестник восстановительной медицины. 2023; 22 (2): 42–51. [Markov P.A., Eremin P.S., Paderin N.N. et al. Effect of Bioplastic Material on Adhesion, Growth and Proliferative Activity of Human Fibroblasts when Incubated in Solutions Mimic the Acidity of Wound an Acute and Chronic Inflammation. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2023; 22 (2): 42–51 (in Russ.)]. doi: 10.38025/2078-1962-2023-22-2-42-51
  18. Ahmed M., Ramos T.A., Damanik F. et al. A combinatorial approach towards the design of nanofibrous scaffolds for chondrogenesis. Sci Rep. 2015; 5: 14804. doi: 10.1038/srep14804
  19. Ansari M., Darvishi A., Sabzevari A. A review of advanced hydrogels for cartilage tissue engineering. Front Bioeng Biotechnol. 2024; 12: 1340893. doi: 10.3389/fbioe.2024.1340893
  20. Chen M., Jiang R., Deng N. et al. Natural polymer-based scaffolds for soft tissue repair. Front Bioeng Biotechnol. 2022; 10: 954699. doi: 10.3389/fbioe.2022.954699
  21. Reddy M.S.B., Ponnamma D., Choudhary R. et al. A Comparative Review of Natural and Synthetic Biopolymer Composite Scaffolds. Polymers (Basel). 2021; 13 (7): 1105. doi: 10.3390/polym13071105
  22. Shi J., Dai W., Gupta A. et al. Frontiers of Hydroxyapatite Composites in Bionic Bone Tissue Engineering. Materials (Basel). 2022; 15 (23): 8475. doi: 10.3390/ma15238475
  23. Ebrahimi Z., Irani S., Ardeshirylajimi A. et al. Enhanced osteogenic differentiation of stem cells by 3D printed PCL scaffolds coated with collagen and hydroxyapatite. Sci Rep. 2022; 12 (1): 12359. doi: 10.1038/s41598-022-15602-y
  24. Perez-Puyana V., Wieringa P., Yuste Y. et al. Fabrication of hybrid scaffolds obtained from combinations of PCL with gelatin or collagen via electrospinning for skeletal muscle tissue engineering. J Biomed Mater Res A. 2021; 109 (9): 1600–12. doi: 10.1002/jbm.a.37156
  25. Abdelaziz A.G., Nageh H., Abdo S.M. et al. A Review of 3D Polymeric Scaffolds for Bone Tissue Engineering: Principles, Fabrication Techniques, Immunomodulatory Roles, and Challenges. Bioengineering (Basel). 2023; 10 (2): 204. doi: 10.3390/bioengineering10020204
  26. Satchanska G., Davidova S., Petrov P.D. Natural and Synthetic Polymers for Biomedical and Environmental Applications. Polymers (Basel). 2024; 16 (8): 1159. doi: 10.3390/polym16081159
  27. Ellingson A.J., Pancheri N.M., Schiele N.R. Regulators of collagen crosslinking in developing and adult tendons. Eur Cell Mater. 2022; 43: 130–52. doi: 10.22203/eCM.v043a11
  28. Li X., Zhang Q., Yu S.M. et al. The Chemistry and Biology of Collagen Hybridization. J Am Chem Soc. 2023; 145 (20): 10901–16. doi: 10.1021/jacs.3c00713
  29. Марков П.А., Костромина Е.Ю., Фесюн А.Д. и др. Обоснование использования магниточувствительных биоматериалов в клинической практике для стимуляции регенерации костных тканей: обзор литературы. Вестник восстановительной медицины. 2024; 23 (3): 69–76 [Markov P.A., Kostromina E.Yu., Fesyun A.D. et al. Rationale of Using Magnetically Sensitive Biomaterials in Bone Tissue Therapy: a Review. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2024; 23 (3): 69–76 (in Russ.)]. doi: 10.38025/2078-1962-2024-23-3-69-76
  30. Schussler O., Falcoz P.E., Chachques J.C. et al. Possible Treatment of Myocardial Infarct Based on Tissue Engineering Using a Cellularized Solid Collagen Scaffold Functionalized with Arg-Glyc-Asp (RGD) Peptide. Int J Mol Sci. 2021; 22 (22): 12563. doi: 10.3390/ijms222212563
  31. Sobczak-Kupiec A., Drabczyk A., Florkiewicz W. et al. Review of the Applications of Biomedical Compositions Containing Hydroxyapatite and Collagen Modified by Bioactive Components. Materials (Basel). 2021; 14 (9): 2096. doi: 10.3390/ma14092096
  32. Na K.S., Fernandes-Cunha G.M., Varela I.B. et al. Effect of mesenchymal stromal cells encapsulated within polyethylene glycol-collagen hydrogels formed in situ on alkali-burned corneas in an ex vivo organ culture model. Cytotherapy. 2021; 23 (6): 500–9. doi: 10.1016/j.jcyt.2021.02.001
  33. Vasile C., Pamfil D., Stoleru E. et al. New Developments in Medical Applications of Hybrid Hydrogels Containing Natural Polymers. Molecules. 2020; 25 (7): 1539. doi: 10.3390/molecules25071539
  34. Марков П.А., Соколов А.С., Артемьева И.А. и др. Коллагеновый гидрогель защищает эпителиальные клетки кишечника от индометацин-индуцированного повреждения: результаты эксперимента in vitro. Вестник восстановительной медицины. 2024; 23 (2): 25–33 [Markov P.A., Sokolov A.S., Artemyeva I.A. et al. Collagen Hydrogel Protects Intestinal Epithelial Cells From Indomethacin-Induced Damage: Results of an in vitro Experiment. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2024; 23 (2): 25–33 (in Russ.)]. doi: 10.38025/2078-1962-2024-23-2-25-33

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».