3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии
Установлено, что использование природного биополимера хитозана в скаффолд-технологиях позволяет получить биосовместимые трехмерные матрицы различной морфологии и архитектуры для культивирования клеток с сохранением биологических свойств хитозана....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы криобиологии |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68500 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии / О.В. Калинкевич, А.Н. Калинкевич, А.М. Скляр, М.В. Погорелов, И.Н. Поддубный, В.В. Стариков, С.Н. Данильченко // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 2. — С. 182-185. — Бібліогр.: 2 назв. — рос., англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860047102994808832 |
|---|---|
| author | Калинкевич, О.В. Калинкевич, А.Н. Скляр, А.М. Погорелов, М.В. Поддубный, И.Н. Стариков, В.В. Данильченко, С.Н. |
| author_facet | Калинкевич, О.В. Калинкевич, А.Н. Скляр, А.М. Погорелов, М.В. Поддубный, И.Н. Стариков, В.В. Данильченко, С.Н. |
| citation_txt | 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии / О.В. Калинкевич, А.Н. Калинкевич, А.М. Скляр, М.В. Погорелов, И.Н. Поддубный, В.В. Стариков, С.Н. Данильченко // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 2. — С. 182-185. — Бібліогр.: 2 назв. — рос., англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы криобиологии |
| description | Установлено, что использование природного биополимера хитозана в скаффолд-технологиях позволяет получить биосовместимые трехмерные матрицы различной морфологии и архитектуры для культивирования клеток с сохранением биологических свойств хитозана.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:58:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
182
Исследования условий образования и культивиро-
вания клеток в 3D-скаффолдах позволяют создавать
новые модели для изучения поведения клеток in vitro
и с новых позиций рассмотреть клеточные механизмы
опухолевого роста, регенерации, репарации тканей,
формирования клеточных контактов, реакции 3D-
структурированных клеточных культур на воздейст-
вия химических веществ и физических факторов и
ряд других проблем.
Подобные модели в сравнении с обычными куль-
турами клеток, формирующими монослои на под-
ложках, более приближены к реальным условиям in
vivo. Такие модели также могут быть использованы
и в тканевой инженерии для замещения поврежден-
ных органов и тканей (создание моделей для имплан-
тации).
Первым этапом для формирования подобного рода
моделей выступает создание подходящих 3D-скаф-
фолдов, совместимых с клетками человека и живот-
ных, обеспечивающих комфортное существование
клеток за пределами организма в течение длительного
времени. Основные требования к скаффолдам: высо-
кая степень пористости, большая площадь поверх-
ности, пригодные размеры пор (порядка 100 мкм),
интерконнекция пор, биосовместимость и биодегра-
дация. Исходя из перечисленных требований, хорошей
основой таких скаффолдов может быть хитозан –
природный биополимер-полиэлектролит, обладаю-
щий уникальным комплексом физико-химических
свойств и широким спектром биологической актив-
ности. Макромолекулы хитозана содержат звенья
2-амино-2-дезоксиглюкопиранозы и некоторую часть
УДК 611.018.46.085.23:014.41:018.2/6:611.78:57.08
О.В. КАЛИНКЕВИЧ1*, А.Н. КАЛИНКЕВИЧ1, А.М. СКЛЯР2, М.В. ПОГОРЕЛОВ3,
И.Н. ПОДДУБНЫЙ1, В.В. СТАРИКОВ4, С.Н. ДАНИЛЬЧЕНКО1
3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования
клеток и тканевой инженерии#
UDC 611.018.46.085.23:014.41:018.2/6:57.08
O.V. KALINKEVICH1*, A.N. KALINKEVICH1, A.M. SKLYAR2, M.V. POGORELOV3,
I.N. PODDUBNYI1, V.V. STARIKOV4, S.N. DANILCHENKO
3D Scaffolds Based on Chitosan for Cell Cultures and Tissue Engineering#
*Автор, которому необходимо направлять корреспонденцию:
ул. Петропавловская, 58, г. Сумы, Украина 40030;
электронная почта: kalinkevich@gmail.com
*To whom correspondence should be addressed: 58, Petropavlov-
skaya str., Sumy, Ukraine 40030; e-mail: kalinkevich@gmail.com
1Institute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of
Ukraine, Sumy
2Sumy State Pedagogical University
3Medical Institute of the Sumy State University
4National Technical University ‘Kharkiv Polytechnic Institute’
1Институт прикладной физики НАН Украины, г. Сумы,
2Сумской государственный педагогический университет
3Медицинский институт Сумского государственного
университета
4Национальный технический университет «ХПИ», г. Харьков,
#This reseach was presented during minisimposium Stem Cell
Day, held in Kharkov, Ukraine, on the 22th of May, 2012.
#Данное исследование было представлено на мини-симпозиуме
«День стволовой клетки», проходившем 22 мая 2012 года в
г. Харькове.
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
Investigations of conditions of cell formation and
culturing in 3D scaffolds enable to create new models
for in vitro studying of cell behavior and to provide origi-
nal research of cell mechanisms of tumorous growth,
regeneration, reparation of tissue, formation of cell con-
tacts, reaction of 3D-structured cell cultures on effect
of chemical substances and physical factors and some
other issues.
Such models if compared with the conventional cell
cultures, forming monolayers on substrates are closer
to real in vivo conditions. They may be used in tissue
engineering for substitution of damaged organs and tis-
sues (creation of models for implantation).
The first stage in formation of these models was crea-
tion of 3D scaffolds, compatible with human and animal
cells, providing comfort existence of cells outside of an
organism during long-term period. Basis requirements
to scaffolds are a high rate of porosity, large surface,
pore sizes (on the order of 100 µm), interconnection of
pores, biocompatibility and biodegradation. Due to above-
mentioned requirements chitosan may be appropriate
basis of these scaffolds. It is a natural polyelectrolyte
biopolymer with a unique complex of physical and chemi-
cal properties and a wide range of biological activity.
Macromolecules of chitosan contain chains of 2-amino-
2-deoxy-glucopyranose and a part of 2-acetamide-2-de-
oxyglucopyranose rings, a percentage of the first one in
polymer determines a deacetylation rate (DR) of chitosan.
In our research we formed scaffolds from chitosan
with a molecular mass of 200 kDa, DR of 82% and
500 kDa, DR of 80.5% (Bioprogress, Moscow), CaCl2,
NaH2PO4, NaOH, CH3COOH (‘chemically pure’ grade),
183
2-ацетамидо-2-дезоксиглюкопи-
ранозных колец, процент первых
в полимере определяет степень
дезацетилирования хитозана
(СД).
В нашей работе для формиро-
вания скаффолдов был исполь-
зован хитозан с молекулярной
массой 200 кДа, СД 82% и
500 кДа, СД 80,5% («Биопрог-
ресс», Москва), CaCl2, NaH2PO4,
NaOH, CH3COOH (х.ч.), C2H5OH,
глицерин (фарм.). Электронные
микрофотографии получали с
помощью растрового электрон-
ного микроскопа РЭММА-102
(ОАО «Selmi», Украина). Фазо-
вый анализ образцов, содержа-
щих кристаллическую фазу, про-
водили методом порошковой
рентгеновской дифракции с по-
мощью дифрактометра ДРОН-4
(Kα линия меди). Инфракрасные
спектры были получены на при-
боре «Spectrum One» («Perkin
Elmer», США).
Важным параметром для
скаффолдов является пористая
Рис. 1. Лиофилизированная пористая губка на основе хитозана.
Fig. 1. Freeze-dryed porous sponge based on chitosan.
структура. Именно на ее создании концентрируют
внимание исследователи. Мы использовали для фор-
мирования пор методы лиофилизации, заморажива-
ния-желирования [1] и формирования мультимемб-
ранных гидрогелей [2]. Нами были получены сле-
дующие варианты скаффолдов: хитозановая губка,
хитозановые «бусы», хитозан, армированный нано-
кристаллическим гидроксилапатитом, и мультимемб-
ранный гидрогель.
На рис. 1–3 представлены фотографии получен-
ных скаффолдов. Все они (кроме мультимембранного
гидрогеля) характеризуются наличием большого ко-
личества связанных между собой пор, что дает воз-
можность предполагать успешное заселение скаф-
фолдов клетками. Введение в состав скаффолда гид-
роксилапатита – биогенного минерала – повышает
биосовместимость, улучшает пористость. Использо-
вание метода замораживания-желирования дает воз-
можность избежать энергозатратной стадии лиофили-
зации. При этом функциональные свойства скаффол-
дов сохраняются.
Мультимембранный гидрогель характеризуется
луковицеподобной архитектурой. Межмембранные
пространства достаточны для заселения клетками.
Мультимембранная структура также может быть
Рис. 2. «Бусы» на основе хитозана.
Fig. 2. Beads based on chitosan.
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
C2H5OH, glycerol (‘pharmacological’ grade). Electron
microimaging was performed with REMMA-102 raster
electron microscope (Selmi, Ukraine). Phase analysis of
samples, containing crystal phase was performed by
powder X-ray diffraction with DRON-4 diffractometer
(Kα cuprum line). Infrared spectra were obtained with
Spectrum One device (Perkin Elmer, USA).
Important feature of scaffolds is a porous structure.
Namely its formation is the main target for investigators.
To form the pores we used freeze-drying, freeze-gela-
tion [1] and creating of multimembrane hydrogels [1].
There were obtained the following variants of scaffolds:
chitosan sponge, chitosan beads, hydroxylapatite nano-
crystal armoured chitosan and multimembrane hydrogel.
Figures 1–3 represent the images of obtained scaf-
folds, which (except multimembrane hydrogel) were
characterized by the presence of a large number of con-
nected pores, that allowed to expect a successful colo-
nization of scaffolds by cells. Introduction of hydroxy-
lapatite (biogenic mineral) into scaffold increased bio-
compatibility and improved porosity. The usage of freeze-
gelation enabled to avoid energy consumption at freeze-
drying and moreover to preserve functional properties
of scaffolds.
184
использована для одновременной доставки в пора-
женный орган нескольких несовместимых ингре-
диентов, а также для моделирования процессов, про-
исходящих в клетке, разделенной, как известно, на
компартменты мембранными структурами.
ИК-спектры чистого порошка хитозана и скаф-
фолда (рис. 4) свидетельствуют о том, что в процессе
формирования необходимой нам структуры не проис-
ходят изменения в химическом составе материала,
Рис. 3. Нелиофилизированная губка (слева) и мультимембранный гидрогель (в центре и справа).
Fig. 3. Non-freeze-dryed porous sponge (left) and multimembrane hydrogel (in the centre and at the right).
Длина волны, см–1 Wavelength, cm–1
400 360 320 280 240 200 180 160 140 120 100 80 60 45
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3935,6
2919,9
2856,4
2527,7
2382,4
2144,9
1844,7
1641,0
1452,2
1384,2
1318,7
1260,1
1152,5
1093,0
889,76
600,5
504,2
1032,23436,6О
пт
ич
ес
ка
я
пл
от
но
ст
ь
O
pt
ic
al
d
en
si
ty
400 360 320 280 240 200 180 160 140 120 100 80 60 45
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3919,8
2920,2
2852,0
2118,6
1641,8
1456,5
1433,9
1384,6
1318,1
1260,7
1157,7
1072,1
893,8
615,6
1028,23440,6
О
пт
ич
ес
ка
я
пл
от
но
ст
ь
O
pt
ic
al
d
en
si
ty
Длина волны, см–1 Wavelength, cm–1
Рис. 4. Инфракрасные спект-
ры исходного хитозана (A) и
скаффолда на основе хито-
зана – «бусы» (B).
Fig. 4. Infrared spectra of initial
chitosan (A) and scaffold on
the base of chitosan, beads
(B).
A
B
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
Multimembrane hydrogel is characterized by a bulb-
like architecture. Intermembrane spaces are sufficient
for population with cells. Multimembrane structure can
be also used for simultaneous delivery of several non-
compatible ingredients in affected organ as well as for
modeling of processes occurring in a cell divided as
known in compartments by membrane structures.
Infrared spectra of pure chitosan powder and scaf-
fold (Fig. 4) attest the fact that when a necessary struc-
185
что важно для сохранения биологических свойств
хитозана по отношению к клеткам.
О биосовместимости скаффолдов свидетельствует
тест с подкожным вживлением (на примере скаффол-
да, содержащего гидроксилапатит) (рис. 5). Через 1
неделю поры импланта заполнены клетками.
Таким образом, использование природного биопо-
лимера хитозана в скаффолд-технологиях позволяет
получить биосовместимые трехмерные матрицы раз-
личной морфологии и архитектуры для культи-
вирования клеток с сохранением биологических
свойств хитозана.
Рис. 5. Подкожная имплантация скаффолда, 7 дней после
операции, ×400. Проникновение фибробластов в поры
материала.
Fig. 5. Subdermal implantation of scaffold, a week after sur-
gery, ×400. Penetration of fibroblasts in pores of the mate-
rial.
Литература
1. Ho M.-H., Kuo P.-Y., Hsien H.-J. et al. Preparation of porous
scaffolds by using freeze-extraction and freeze-gelation
methods // Biomaterials. – 2004. – Vol. 25, №1. – P. 129–138.
2. Ladet S., David L., Domard A. Multi-membrane hydrogels //
Nature. – 2008. – Vol. 452, №7183. – P. 76–79.
Поступила 01.06.2012
References
1. Ho M.-H., Kuo P.-Y., Hsien H.-J. et al. Preparation of porous
scaffolds by using freeze-extraction and freeze-gelation
methods // Biomaterials. – 2004. – Vol. 25, N1. – P. 129–138.
2. Ladet S., David L., Domard A. Multi-membrane hydrogels //
Nature. – 2008. – Vol. 452, N7183. – P. 76–79.
Accepted 01.06.2012
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
ture is forming the chemical composition of material is
not changed that is essential for preserving biological
properties of chitosan in relation to cells.
Test with subdermal implantation of scaffold con-
taining hydroxylapatite testifies to the biocompatibility
of scaffolds (Fig. 5). In a week the implant pores are
filled with cells.
Thus, the use of natural biopolymer chitosan in scaf-
fold technologies allows to obtain biocompatible 3D ma-
trices of different morphology and architecture for cell
culturing and to preserve the biological properties of
chitosan.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-68500 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7673 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:58:42Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Калинкевич, О.В. Калинкевич, А.Н. Скляр, А.М. Погорелов, М.В. Поддубный, И.Н. Стариков, В.В. Данильченко, С.Н. 2014-09-25T07:39:18Z 2014-09-25T07:39:18Z 2012 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии / О.В. Калинкевич, А.Н. Калинкевич, А.М. Скляр, М.В. Погорелов, И.Н. Поддубный, В.В. Стариков, С.Н. Данильченко // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 2. — С. 182-185. — Бібліогр.: 2 назв. — рос., англ. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68500 611.018.46.085.23:014.41:018.2/6:611.78:57.08 Установлено, что использование природного биополимера хитозана в скаффолд-технологиях позволяет получить биосовместимые трехмерные матрицы различной морфологии и архитектуры для культивирования клеток с сохранением биологических свойств хитозана. Данное исследование было представлено на мини-симпозиуме «День стволовой клетки», проходившем 22 мая 2012 года в г. Харькове. ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии Краткие сообщения 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии 3D Scaffolds Based on Chitosan for Cell Cultures and Tissue Engineering Article published earlier |
| spellingShingle | 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии Калинкевич, О.В. Калинкевич, А.Н. Скляр, А.М. Погорелов, М.В. Поддубный, И.Н. Стариков, В.В. Данильченко, С.Н. Краткие сообщения |
| title | 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии |
| title_alt | 3D Scaffolds Based on Chitosan for Cell Cultures and Tissue Engineering |
| title_full | 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии |
| title_fullStr | 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии |
| title_full_unstemmed | 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии |
| title_short | 3D-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии |
| title_sort | 3d-скаффолды на основе хитозана для культивирования клеток и тканевой инженерии |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68500 |
| work_keys_str_mv | AT kalinkevičov 3dskaffoldynaosnovehitozanadlâkulʹtivirovaniâkletokitkanevoiinženerii AT kalinkevičan 3dskaffoldynaosnovehitozanadlâkulʹtivirovaniâkletokitkanevoiinženerii AT sklâram 3dskaffoldynaosnovehitozanadlâkulʹtivirovaniâkletokitkanevoiinženerii AT pogorelovmv 3dskaffoldynaosnovehitozanadlâkulʹtivirovaniâkletokitkanevoiinženerii AT poddubnyiin 3dskaffoldynaosnovehitozanadlâkulʹtivirovaniâkletokitkanevoiinženerii AT starikovvv 3dskaffoldynaosnovehitozanadlâkulʹtivirovaniâkletokitkanevoiinženerii AT danilʹčenkosn 3dskaffoldynaosnovehitozanadlâkulʹtivirovaniâkletokitkanevoiinženerii AT kalinkevičov 3dscaffoldsbasedonchitosanforcellculturesandtissueengineering AT kalinkevičan 3dscaffoldsbasedonchitosanforcellculturesandtissueengineering AT sklâram 3dscaffoldsbasedonchitosanforcellculturesandtissueengineering AT pogorelovmv 3dscaffoldsbasedonchitosanforcellculturesandtissueengineering AT poddubnyiin 3dscaffoldsbasedonchitosanforcellculturesandtissueengineering AT starikovvv 3dscaffoldsbasedonchitosanforcellculturesandtissueengineering AT danilʹčenkosn 3dscaffoldsbasedonchitosanforcellculturesandtissueengineering |