Funkcionalizovaný nanosystém pro řízené dodávání bioaktivních látek

Laboratoř je především zaměřena na přípravu tkáňových náhrad, tvorbu buněčných nosičů, především biodegradabilních a na bázi nanovláken, modelování proteinových struktur, ale také vyhledávání možností praktického využití výsledků. Pracoviště vyvíjí technologii uvolňování bioaktivních látek s využitím nanovlákenných nosičů obohacených o lipozomy, což umožňuje řízený přísun živin a léků přímo do místa defektu. Připravují se umělé chrupavčité náhrady pro klinické využití v ortopedii.

Podařilo se nám vytvořit nanovlákenné struktury na bázi jádro/plášť a funkcionalizovat je díky imobilizaci liposomů na nanovlákenném povrchu. Zatímco tvorba nanovláken z polymerní směsi s liposomy nevedla k úspěchu, zvýšenou adhezi a lokalizaci liposomů jsme detekovali u povrchově upravených nanovláken s využitím plasmové úpravy v různých atmosférách. Podařilo se nám též inkorporovat do nitra některých nanovlákenných struktur liposomy obsahující bioaktivní látky. Tento systém jsme vizualizovali s využitím speciálních technik elektronové mikroskopie (cryoSEM). Podařilo se nám též prokázat, že lze udržet vodu a aktivní enzymy v nativní struktuře enkapsulované v nanovláknech i v případě, kdy nanovlákna jsou uchovávána v suchém prostředí (nejsou inkubována v pufru). Tento funkcionalizovaný nanosystém jsme použili in vitro pro zvýšení adheze a proliferace chondrocytů, fibroblastů a mesenchymálních buněk.

 Obr. 1. Funkcionalizovaná nanovlákna

 

Nově vyvinutý nanovlákenný funkcionalizovaný systém byl již použit pro první in vivo studii. Byla provedena preklinická studie s cílem řešení osteochondrálních defektů v koleni miniprasete. Bylo použito buněčných i nebuněčných hydrogelových nosičů obohacených o funkcionalizovaný nanovlákenný systém, který sloužil pro postupné uvolňování bioaktivních látek, regenerovaná tkáň byla charakterizována šest měsíců po implantaci makroskopicky, biomechanicky, histologicky i imunohostologicky. Ve všech zkoumaných parametrech bylo dosaženo dobrých výsledků. Regenerace tkáně závisela na množství implantovaných buněk a měla svou optimální koncentraci.

 

Obr. 2. Silně positivní imunohistochemické barvení s použitím     

 

Obr. 3. Negativní imunohistochemické barvení s použitím

monoklonální protilátky kolagenu II v osteochondrálním

defektu miniprasete z kontrolní skupiny s neléčeným defektem

ukazuje tvorbu řídké fibrózní tkáně. Zvětšení 40×.

 

 

Obr. 4. (A) Kolonie chondrocytů, (B) Izotropní gelový nosič, (C) Implantace.

 

 

 

ODDĚLENÍ TKÁŇOVÉHO INŽENÝRSTVÍ

Filová, E., Burdíková, Z., Rampichová, M., Bianchini, P., Čapek, M., Košťáková, E., Amler, E., Kubínová, L.: (2010) Analysis and three-dimensional visualization of collagen in artifi cial scaffolds using nonlinear microscopy techniques. J.Biomed. Opt. 15(6): 066011-1-066011-7.

Lukáš, D., Pan, N., Sarkar, A., Weng, M., Chaloupek, J., Kostakova, E., Ocheretna, L., Mikes, P., Pociute, M., Amler, E.: (2010) Auto-model based computer simulation of Plateau-Rayleigh instability of mixtures of immiscible liquids. Physica A. 389(11): 2164-2176.

Nečas, A., Plánka, L., Srnec, R., Crha, M., Hlučilová, J., Klíma, J., Starý, D., Křen, L., Amler, E., Vojtová, L., Jančář, J., Gál, P.: (2010) Quality of newly formed cartilaginous tissue in defects of articular surface after transplantation of mesenchymal stem cells in a composite scaffold based on collagen I with chitosan micro- and nanofi bres. Physiol. Res. 59(4): 605-614.

Rampichová, M., Košťáková, E., Filová, E., Prosecká, E., Plencner, M., Ocheretná, L., Lytvynets, A., Lukáš, D., Amler, E.: (2010) Non-woven PGA/PVA Fibrous Mesh as an Appropriate Scaffold for

Chondrocyte Proliferation. Physiol. Res. 56(6): 773-781.

Rampichová, M., Filová, E., Varga, F., Lytvynets, A., Prosecká, E., Koláčná, L., Motlík, J., Nečas, A., Vajner, L., Uhlík, J., Amler, E.: (2010) Fibrin/Hyaluronic Acid Composite Hydrogels as Appropriate

Scaffolds for In Vivo Artifi cial Cartilage Implantation. ASAIO J. 56(6): 563-568.