БИОИНЖЕНЕРНЫЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ СТРОМЫ РОГОВИЦЫ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЛЛАГЕНА

Цель исследования: поиск материалов для кератопластики, альтернативных донорской роговице.Материал и методы. C этой целью были предложены следующие материалы: рекомбинантные фибриллярные коллагены (коллагеновые гидрогели), коллагеновые губки, коллагеновые пленки, модифицированные коллагеновые гели.Результаты и обсуждение. В создании искусственной роговицы существует два основных направления в биоинженерии. Первый основан на создании искусственного внеклеточного матрикса, второй - на клеточных технологиях. При создании моделей чаще используются коллагеновые гидрогели, ранее применяли коллагеновые губки и пленки. Недостатками коллагеновых матриксов являются слабые биомеханические свойства, что отражается на состоянии периферических швов при кератопластике и ускоренная ферментативная деградация после трансплантации. Поэтому дополнительно проводят химическую обработку кросслинкерами, что позволяет укрепить межколлагеновые связи и замедлить процесс дезорганизации трансплантата. Преимуществом коллагеновых губок является пористость, которая позволяет стромальным клеткам пенетрировать подложку, ускорять процессы деградации и ремоделирования стромы. Биоимпланты роговицы получают также с помощью использования метода 3D-биопечати на основе существующих 3D цифровых моделей роговицы человека.Заключение. Предложенные материалы обладают как положительными свойствами (пористая структура, прозрачность), так и отрицательными (слабые биомеханические свойства). Несмотря на усилия многих исследователей создать трансплантационный материал, полностью заменяющий донорскую роговицу на настоящий момент это сделать не удается.

кератопластика, искусственная роговица, биоимплантаты

1. Global survey of corneal transplantation and eye banking / P. Gain [et al.] // JAMA Ophthalmol. - 2016. - Vol. 134, № 2. - P. 167-173

2. Ruberti, J.W. Prelude to corneal tissue engineering - gaining control of collagen organization / J.W. Ruberti, J.D. Zieske // Prog. Retin Eye Res. - 2008. - Vol. 27, № 5. - P. 549-577

3. A simple, cross-linked collagen tissue substitute for corneal implantation / Y. Liu [et al.] // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2006. - Vol. 47, № 5. - P. 1869-1875

4. Recombinant human collagen for tissue engineered corneal substitutes / W. Liu [et al.] // Biomaterials. - 2008. - Vol. 29, № 9. - P. 1147-1158

5. Innervation of tissue-engineered recombinant human collagen-based corneal substitutes: a comparative in vivo confocal microscopy study / N. Lagali [et al.] // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2008. - Vol. 49, № 9. - P. 3895-3902

6. Innervation of tissue-engineered corneal implants in a porcine model: a 1-year in vivo confocal microscopy study / N.S. Lagali [et al.] // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2007. - Vol. 48, № 8. - P. 3537-3544

7. A biosynthetic alternative to human donor tissue for inducing corneal regeneration: 24-month follow-up of a phase 1 clinical study / P. Fagerholm [et al.] // Sci. Transl. Med. - 2010. - Vol. 2, № 46. - P. 46-61

8. Stable corneal regeneration four years after implantation of a cell-free recombinant human collagen scaffold / P. Fagerholm [et al.] // Biomaterials. - 2014. - Vol. 35, № 8. - P. 2420-2427

9. D corneal shape after implantation of a biosynthetic corneal stromal substitute / J.A. Ong [et al.] // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2016. - Vol. 57, № 6. - P. 2355-2365

10. Biosynthetic corneal implants for replacement of pathologic corneal tissue: performance in a controlled rabbit alkali burn model / J.M. Hackett [et al.] // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2011. - Vol. 52, № 2. - P. 651-657

11. Tissue-engineered cornea constructed with compressed collagen and laser-perforated electrospun mat / B. Kong [et al.] // Sci. Rep. - 2017. - Vol. 7, № 1. - P. 970

12. Electrospun Fibrous Scaffolds for Tissue Engineering: Viewpoints on Architecture and Fabrication / I. Jun [et al.] // Int. J. Mol. Sci. - 2018. - Vol. 19, № 3. - P. 745

13. Isaacson, A. 3D bioprinting of a corneal stroma equivalent / A. Isaacson, S. Swioklo, C.G. Connon // Exp. Eye Res. - 2018. - № 173. - P. 188-193

14. The human cornea as a model tissue for additive biomanufacturing: a review / R. Gibney [et al.] // Proc. CIRP. - 2017. - № 65. - P. 56-63

15. Bioprinting three-dimensional cell-laden tissue constructs with controllable degradation / Z. Wu [et al.] // Scientific Reports. - 2016. - Vol. 6, № 1. - P. 24474

16. Orwin, E.J. In vitro culture characteristics of corneal epithelial endothelial and keratocyte cells in a native collagen matrix / E.J. Orwin, A. Hubel // Tissue Eng. - 2000. - Vol. 6, № 4. - P. 307-319

17. Orwin, E.J.. Biomechanical and optical characteristics of a corneal stromal equivalent / E.J..Orwin, M.L. Borene, A. Hubel // J. Biomech. Eng. - 2003. - Vol. 125, № 4. - P. 439-444

18. Borene, M.L. Mechanical and cellular changes during compaction of a collagen-sponge-based corneal stromal equivalent / M.L. Borene, V.H. Barocas, A. Hubel // Ann. Biomed. Eng. - 2004. - Vol. 32, № 2. - P. 274-283

19. Microstructural characteristics of extracellular matrix produced by stromal fibroblasts / R.A. Crabb [et al.] // Ann. Biomed. Eng. - 2006. - Vol. 34, № 10. - P. 1615-1627

20. Biomechanical and microstructural characteristics of a collagen film-based corneal stroma equivalent / R.A.B. Crabb [et al.] // Tissue Eng. - 2006. - Vol. 12, № 6. - P. 1565-1575

21. Crabb, R.A.B. Influence of matrix processing on the optical and biomechanical properties of a corneal stroma equivalent / R.A.B. Crabb, A. Hubel // Tissue Eng. Part A. - 2008. - Vol. 14, № 1. - P. 173-182

22. Enhanced regeneration of corneal tissue via a bioengineered collagen construct implanted by a nondisruptive surgical technique / M. Koulikovska [et al.] // Tissue Eng. Part A. - 2015. - Vol. 21, № 5-6. - P. 1116-1130

23. Study on biocompatibility of complexes of collagen-chitosan-sodium hyaluronate and cornea / J. Chen [et al.] // Artif. Organs. - 2005. - Vol. 29, № 2. - P. 104-113

24. Thurber, A.E. In vivo bioresponses to silk proteins / A.E. Thurber, F.G. Omenetto, D.L. Kaplan // Biomaterials. - 2015. - № 71. - P. 145-157

25. Use of magnetically oriented orthogonal collagen scaffolds for hemi-corneal reconstruction and regeneration / N. Builles [et al.] // Biomaterials. - 2010. - Vol. 31, № 32. - P. 8313-8322