Исследователи из Дальневосточного федерального университета и Национального научного центра морской биологии имени А. В. Жирмунского ДВО РАН синтезировали гидрогели на основе растительных полисахаридов — пектинов, — которые могут выполнять роль внеклеточного матрикса, заполняющего пространство между клетками. Вещество поможет вырастить ткани и органы, адресно доставлять лекарства и восстанавливать участки мозга после удаления злокачественных опухолей. Работа ученых опубликована в журнале International Review of Neurobiology.

Новые гидрогели созданы из модифицированных пектинов — полисахаридов, которые содержатся во всех высших растениях и особенно фруктах. Созданный на их основе искусственный внеклеточный матрикс может помочь восстановить нервную ткань, которую повредила, например, опухоль мозга при своем росте. Также такое вещество может помочь восстановить утраченные из-за нейродегенеративных заболеваний нейроны.

«Некоторые наши внеклеточные матрикс-гидрогели могут подавлять размножение клеток глиомы — злокачественной опухоли головного мозга. Химические модификации этих веществ можно использовать, чтобы сохранять потенциал нормальных нервных стволовых клеток, "консервировать" их в недифференцированном состоянии. Это интересно для развития клеточных биотехнологий регенеративной медицины, — говорит один из авторов работы, заместитель директора по развитию ШБМ ДВФУ Вадим Кумейко. — Безусловно, биоинженерные решения, связанные с применением внеклеточных матриксов из пектинов, нуждаются в тщательной проверке. Однако мы рассчитываем, что в перспективе наши гидрогели можно будет имплантировать в область резекции опухоли мозга, чтобы убивать оставшиеся после операции опухолевые клетки, одновременно сохраняя потенциал здоровых клеток для дальнейшего восстановления».

Пространство за пределами клеток в человеческом организме — сложная система, которая представлена матриксом. Матрикс состоит из двух главных компонентов: белкового и углеводного. В нервной системе этот элемент внеклеточного пространства состоит в основном из углеводов и по структуре похож на мармелад или суфле. Этим он существенно отличается от более упругого и жесткого матрикса соединительных тканей, в котором преобладает белковый компонент. По углеводному матриксу клеткам практически невозможно передвигаться.

Проблема в том, что опухолевые клетки управляют жесткостью окружающего их внеклеточного пространства, добавляя в него белковые компоненты. Таким образом они сами создают себе дорогу, которая позволяет им метастазировать и образовывать новые опухоли в других органах.

«Имплантированный после удаления опухоли матрикс с преобладанием углеводного компонента не только может сдержать рост и распространение клеток, но и подойдет в качестве средства доставки высокотоксичных лекарств. Такие лекарства будут высвобождаться из него постепенно, нанося меньший вред организму в целом и убивая оставшиеся опухолевые клетки. На следующем этапе, чтобы стимулировать регенерацию и рост отростков нервных клеток, можно посредством инъекции имплантировать в прооперированную область более жесткий матрикс, включающий большую долю белков», — рассказывает Кумейко.

В будущем авторы работы планируют выяснить, как состав пектинового матрикса влияет на скорость высвобождения лекарств и какое сочетание углеводных и белковых компонентов будет способствовать восстановлению нервной ткани без рубцов и характерной для опухолевой ткани высокой плотности.