Коллагеновые каркасы в инженерии хрящевой ткани и перспективные подходы к их дальнейшему развитию

Введение: Инженерия хрящевой ткани направлена на получение структуры, имитирующей нативную хрящевую ткань, за счёт сочетания соответствующих клеток, трёхмерных каркасов и внешних сигналов. Ожидается, что имплантация «созревших» конструкций позволит лечить обширные повреждения суставного хряща. Коллаген типа I широко используется в качестве материала для каркасов продуктов инженерии хрящевой ткани, проходящих клинические исследования, благодаря его высокой биосовместимости и широкому применению в клинической практике. Однако отдалённые результаты применения чистых каркасов из коллагена типа I могут быть ограничены его низким хондрогенным потенциалом и недостаточными механическими свойствами. Цель настоящей работы — определить направления, необходимые для дальнейшего совершенствования каркасов из коллагена типа I в инженерии хрящевой ткани.

Методы: Сначала рассмотрены взаимодействия коллагена типов I и II с клетками, имеющими значение для инженерии хрящевой ткани, — суставными хондроцитами и мезенхимальными стромальными клетками. Затем освещены физические характеристики и химический состав каркасов, необходимые для поддержки хондрогенной активности суставных хондроцитов и мезенхимальных стромальных клеток. Описаны попытки оптимизации коллагеновых каркасов путём смешивания с природными и синтетическими полимерами. Подробно рассмотрена гибридная стратегия, при которой коллаген и конструкционные полимеры объединяют без смешивания.

Результаты: Коллаген типа I способен поддерживать клеточную активность суставных хондроцитов и мезенхимальных стромальных клеток, однако уступает коллагену типа II по хондрогенному потенциалу. Тем не менее коллаген типа I является клинически приемлемым вариантом, поскольку коллаген типа II обладает артритогенным потенциалом. Показано, что физические характеристики каркасов, включая внутреннюю структуру, размер пор и жёсткость, имеют критическое значение для дифференцировки клеток и секреции внеклеточного матрикса суставными хондроцитами и мезенхимальными стромальными клетками. Для улучшения механических и биологических свойств получаемых композитов коллаген можно смешивать с природными или синтетическими полимерами. Однако возможности такой стратегии ограничены денатурацией коллагена типа I при жёстких условиях обработки. Гибридная стратегия позволяет одновременно максимально реализовать биологическую активность коллагеновых каркасов и механическую прочность конструкционных полимеров.

Выводы: С учётом достигнутого улучшения физических и композиционных свойств коллагеновых каркасов, а также последних достижений в производстве конструкционных полимеров можно заключить, что гибридная стратегия является перспективным подходом к дальнейшему развитию каркасов на основе коллагена для инженерии хрящевой ткани.