Научно-исследовательская лаборатория «Полимерные материалы для тканевой инженерии и трансплантологии»

Интенсивное развитие биологии и медицины в последние годы выдвинуло на передний план задачи, состоящие в создании тканеинженерных конструкций на основе полимеров, способных заменить органы человека или животного. Особую значимость такие искусственные материалы могут иметь, например, для сердечно-сосудистых заболеваний, которые являются основной причиной инвалидности и смертности во всем мире. В лаборатории «Полимерных материалов для тканевой инженерии и трансплантологии» (ПМТИиТ) проводятся исследования по разработке новых имплантатов из резобрируемых и нерезорбируемых полимерных материалов, структуру и свойства которых можно будет целенаправленно регулировать за счет введения в них биосовместимых наполнителей.

Решение такого рода задач возможно только при понимании основных законов физики и химии полимеров, цитологии, биофизики и медицины. На стыке этих дисциплин в последнее десятилетие и возникло новое направление — тканевая инженерия, одной из основных задач которой является разработка конструкций на основе полимерных или неорганических матриц, содержащих стволовые или соматические клетки. Такое изделие, помещенное в живой организм должно заменить утраченный орган или его часть. При создании биоинженерных изделий решается и этическая проблема: не потребуется донорских органов, необходимых для современной трансплантологии, а также снижается вероятность осложнений, вызванных аутоиммунной реакцией на трансплантат.

В лаборатории представлены уникальные возможности: получение в лабораторных условиях полимерных материалов в виде волокон, плёнок, 3-х мерных объектов, в том числе методом аддитивных технологий; проведение комплексного исследования структуры и свойств полученных материалов с использованием современного оборудования, а также их биосовместимости с клеточными структурами и живой тканью.

Лаборатория была организована на базе кафедры «Медицинская физика» (Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций) в 2014 году в рамках полученного в этом же году Гранта РНФ «Полимерные нанокомпозиты для тканевой инженерии и трансплантологии», №14-33-00003. В лаборатории работают 3 доктора наук, 9 кандидатов наук, 3 научных сотрудника, аспиранты и студенты Санкт-Петербургского Политехнического университета Петра Великого. 

Также лаборатория была удостоина благодарности от главного врача Алмазовского центра Е.В.Шляхто.

Ключевые проекты лаборатории:

• Применение пористой полимерной матрицы на основе хитозана для устранения перфорации базальной мембраны верхнечелюстной пазухи.
• Комплексное применение низкотемпературной атмосферной плазмы и биополимерных раневых покрытий для лечения ожогов кожи III степени.
• Тканеинженерный сосудистый имплантат для микрохирургических реконструкций.
• Разработка матрицы для создания тканеинженерного сосудистого имплантата на основе нановолокон из полилактида для детской сосудистой хирургии.
• Протезы кровенусных сосдуов на основе нановолокон.
• Биорезорбируемые шовные нити на основе хитозана (грант РНФ).

О совместных разработках лаборатории ПМТИиТ и Институте высокомолекулярных соединений можно узнать здесь.

Потенциально перспективные направления исследований:

• Тканеинженерные препараты на основе биорезорбируемых полимеров для сосудистой хирургии
• Биорезорбируемые полимерные кондуиты для регенерации и стимуляции роста периферических нервов
• Композиционные материалы для детской краниопластики на основе биорезорбируемых полимеров
• Гемостатические материалы на основе биорезорбируемых полимеров
• Биополимерных раневых покрытий для лечения ожогов кожи
• Хирургические шовные нити с антибактериальными свойствами на основе алифатических полиэфиров
• Биоматериалы для офтальмологии на основе фиброина шелка
• Пористые полимерные матрицы на основе хитозана для костной трансплантологии
• Синтетические и природные гидрогели для биопечати органов и тканей

Лаборатория оснащена следующим оборудованием:

• Установка для формования полимерных волокон коагуляционным методом, разработка ИВС РАН.
• Установка для электроформования волокон Nanon-01A.
• Установка для лиофильной сушки Labconco FreeZone 74000 Series, настольная с охлаждаемыми полками.
• Микроэкструдер с приставкой для получения пленок и волокон по расплавной технологии DSM 5 Xplore.
• Электронный сканирующий микроскоп Supra 55 VP, Carl Zeiss с криоприставкой.
• Универсальный комплекс для динамических и статических испытаний образцов из полимерных, композиционных и биологических материалов: модель Electropuis E1000, INSTRON с термо-криокамерой и биованной.
• Универсальная электромеханическая испытательная машина, «Instron-division of ITW limited» модель 5943, 1 кН
• Планшетный спектрофотометр SPECTROstar NANO.
• Прибор для измерения краевого угла смачивания DSA30, Kruss.
• Дифференциальный сканирующий калориметр DSC 204F1, NETZSCH.
• Прибор для проведения термогравиметрического анализа TG 209F1, NETZSCH.
• Прибор для динамического механического анализа DMA 242C, NETZSCH.

Список публикаций лаборатории за 2020-2024 годы:

• Попов Г.И.,Попрядухин П.В., Юкина Г.Н., Сухорукова Е.Г., Иванькова Е.М.,Вавилов В.Н., Юдин В.Е. (Popov G.I., Popryadukhin P.V., Yukina G. Yu., Sukhorukova E.G., Ivan'kova E.V., Vavilov V.N.,Yudin V.E.) Морфологическое исследование биорезорбируемой трубчатой матрицы малого диаметра из поли(L-лактида) для тканеинженерного сосудистого импланта. Цитология том 62, № 1, с. 1–9 https://doi.org/10.1134/S004137712001006X (2020 г.) 
• Ekaterina N. Maevskaia, Oksana P. Kirichuk, Sergei I. Kuznetzov, Elena N. Dresvyanina, Vladimir V. Yudin, Pierfrancesco Morganti. Hemocompatible Chitin-Chitosan Composite Fibers. Cosmetics 2020, 7, 28-35; doi:10.3390/cosmetics7020028.
• E.N.Maevskaia, A.S.Shabunin, E.N.Dresvyanina, I.P.Dobrovol’skaya, V.E.Yudin, M.B.Paneyah, A.M.Fediuk, P.L.Sushchinskii, G.P.Smirnov, E.V.Zinoviev, P.Morganti. Influence of the Introduced Chitin Nanofibrils on Biomedical Properties of Chitosan-Based Materials // Nanomaterials 2020, 10, 945; doi:10.3390/nano10050945.
• Dresvyanina E.N., Grebennikov S.F., Elokhovskii V.Yu., Dobrovolskay I.P., Ivan’kova E.M., Yudin V.Е., Heppe K., Morgantie P. Thermodynamics of interaction between water and the composite films based on chitosan and chitin nanofibrils // Carbohydrate Polymers. ‒ 2020. ‒ V. 245. ‒ Art.№: 116552. DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.116552.
• С.В. Виссарионов, М.С. Асадулаев, А.С. Шабунин, В.Е. Юдин, М.Б. Панеях, П.В. Попрядухин, Ю.А. Новосад, В.А. Гордиенко, А.Г. Аганесов. Экспериментальная оценка эффективности хитозановых матриц в условиях моделирования костного дефекта in vivo (предварительное сообщение) // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. - 2020. - Т. 8. - №1. - C. 53-62. DOI: 10.17816/PTORS16480.
• Н.Тагундырдаева, В.Е.Юдин. Биорезорбируемые композиты для костной пластики: обзор литературы. Российские нанотехнологии, 2020, том 15, № 4, с. 2–18.
• Маевская Е.Н., Дресвянина Е.Н., Шабунин А.С., Добровольская И.П., Панеях М.Б., Федюк А.М., Сущинский П.Л., Смирнов Г.П., Юдин В.Е., Зиновьев Е.В., Morganti P. Получение и исследование свойств гемостатических материалов на основе хитозана и нанофибрилл хитина. Российские нанотехнологии, 2020, том 15, № 4, с. 76–87.
• Малафеев К.В., Москалюк О.А., Юдин В.Е., Добровольская И.П., Попова Е. Н., Иванькова Е.М., Касаткин И.А., Morganti P., Kanerva M. Влияние биодеградируемых дисперсных наполнителей, полученных распылительной сушкой, на механические свойства волокон из полилактида. Российские нанотехнологии, 2020 – том15 - № 4 - с. 66–75.
• Ю.А. Нащекина, И.П. Добровольская, Е.И.Иванькова, В.Е.Юдин. Влияние наночастиц гидроксиапатита синтетического и природного происхождения на свойства мезенхимных стромальных клеток костного мозга. Российские нанотехнологии, 2020, том 15, № 4, стр. 114-121.
• Pierfrancesco Morganti, Vladimir E. Yudin, Gianluca Morganti, Maria-Beatrice Coltelli. Trends in Surgical and Beauty Masks for a Cleaner Environment (Review). Cosmetics, 2020, 7, 68; doi:10.3390/cosmetics7030068.
• Nashchekina Y., Yudintceva N., Nikonov P., Smagina L., Yudin V., Blinova M., Voronkina I. Protein expression by bone mesenchymal stem cells cultivated in PLLA scaffolds with different pore geometry // International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials. ‒ 2020. ‒ V. 69. ‒ № 4. ‒ Р. 248-257. DOI: 10.1080/00914037.2018.1563081. WOS SCOPUS Q2
• Elena Rosova, Natalia Smirnova, Elena Dresvyanina, Valentina Smirnova, Elena Vlasova, Elena Ivan’kova, Maria Sokolova, Tatiana Maslennikova, Konstantin Malafeev, Konstantin Kolbe, Mikko Kanerva, Vladimir Yudin. Biocomposite Materials Based on Chitosan and Lignin: Preparation and Characterization // Cosmetics 2021, 8, 24. https://doi.org/10.3390/cosmetics8010024.
• Dresvyanina E.N., Kodolova-Chukhontseva V.V., Bystrov S.G., Dobrovolskaya I.P., Vaganov G.V., Smirnova N.V., Kolbe K.A., Kamalov A.M., Morganti P., Yudin V.E. Influence of surface morphology of chitosan films modified by chitin nanofibrils on their biological properties // Carbohydrate Polymers 262 (2021) 117917. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.117917.
• К.А. Колбе, М.А. ШишовИ.Ю. Сапурина, Н.В. Смирнова, В.В. Кодолова-Чухонцева, Е.Н.Дресвянина, А.М. Епмалов, В.Е. Юдин. Электростимуляция дермальных фибробластов человека на электропроводящей матрице // Журнал технической физики, 2021, том 91, вып.12, стр. 2061- 2068. DOI: 10.21883/0000000000.
• V.E. Yudin, I.P. Dobrovolskaya, E.M. Ivan’kova, E.N. Dresvyanina, E.N. Maevskaia, A.S. Shabunin, P. Morganti. Natural fibers for natural tissue // chapter 15 in the “Biofunctional textiles book”, 2021, p. 586-629.
• Igor Polyakov, Gleb Vaganov, Andrey Didenko, Elena Ivan’kova, Elena Popova, Yuliya Nashchekina, Vladimir Elokhovskiy, Valentin Svetlichnyi, Vladimir Yudin. Development and Processing of New Composite Materials Based on High-Performance Semicrystalline Polyimide for Fused Filament Fabrication (FFF) and Their Biocompatibility // Polymers, 2022, Vol. 14, Page 3803. 2022. Т. 14. № 18. С. 3803. https://doi.org/10.3390/polym14183803.
• Kodolova-Chukhontseva V.V., Dresvyanina E.N., Nashchekina Yu.A., Dobrovol’skaya I.P. Bystrov S.G., Ivan’kova E.M., Yudin V.E., Morganti P. Application of the Composite Fibers Based on Chitosan and Chitin Nanofibrils in Cosmetology // Journal of Functional Biomaterials 2022, 13, 198 https://doi.org/10.3390/ jfb13040198 (2022 г.)
• Kodolova-Chukhontseva V.V., Shishov M.A., Kolbe K.A., Smirnova N.V., Dobrovol’skaya I.P., Dresvyanina E.N., Bystrov S.G., Terebova N.S., Kamalov A.M., Bursian A.E., Ivan’kova E.M., Yudin V.E. Conducting Composite Material Based on Chitosan and single-wall carbon Nanotubes for Cellular Technologies // Polymers 2022, 14, 3287 (2022 г.)
• Yudin V.E., Dobrovolskaya I.P., Ivan’kova T.M., Dresvyanina E.N., Maevskaya E.N., Shabunin A.C., Morganti P) Nature fibers for nature tissue. Biofunctional Textiles for an Ageing Skin. LAP LAMBERT Academic Publishing V.2. Chapter 15. P. 624-668. (2022 г.) 
• V.V. Kodolova-Chukhontseva, E.N. Dresvyanina, E.N. Maevskaia, I.P. Dobrovolskaya, M.R. Koroleva, E.N. Vlasova, E.M. Ivan'kova, V.Yu. Elokhovskii, V.E.Yudin, P. Morganti. Influence of chitin nanofibrils ultrasonic treatment on structure and properties of chitosan-based composite materials // Carbohydrate Polymers 285 (2022) 119194. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119194.
• Mikhail A. Shishov, Irina Yu. Sapurina, Natalia V. Smirnova, Vladimir E. Yudin. Biocompatible Electroconductive Matrices for Tissue Engineering: A Comparative Study // Biointerface Research in Applied Chemistry (Open Access Journal ISSN 2069-5837), vol.13, issue 1, 2023, 96. https://doi.org/10.33263/BRIAC131.096.  WOS SCOPUS Q1
• Pierfrancesco Morganti, Gianluca Morganti, Maria Beatrice Coltelli, Vladimir E Yudin, Hong-Duo Chen, Alessandro Gagliardini. Non-Woven Tissues as Novel Cosmetic Carriers for a Green Beauty // Advances in Environmental and Engineering Research, 2022, volume 3, issue 2, doi:10.21926/aeer.2202021.
• Almaz Kamalov, Mikhail Shishov, Natalia Smirnova, Vera Kodolova-Chukhontseva, Irina Dobrovol’skaya, Konstantin Kolbe, Andrei Didenko, Elena Ivan’kova, Vladimir Yudin and Pierfrancesco Morganti. Influence of Electric Field on Proliferation Activity of Human Dermal Fibroblasts // J. Funct. Biomater. 2022, 13, 89. https://doi.org/10.3390/jfb13030089.
• G. I. Popov, V. N. Vavilov, P. V. Popryadukhin, G. Yu. Yukina, E. G. Sukhorukova, A. A. Davydov, E. M. Ivankova, A. E. Kryukov, N. V. Smirnova, V. E. Yudin. Assessment of a Tissue-Engineered Vascular Graft Based on a Biodegradable Scaffold and Mesenchymal Stem Cells in a Long-Term Experiment In Vivo // Cell and Tissue Biology, 2023, Vol. 17, No. 2, pp. 188–196. DOI:10.1134/S1990519X23020116.
• N.A. Zavrazhnykh, I.Yu. Sapurina, M.A. Shishov, E.M. Ivan’kova , V.P. Orlov, V.E. Yudin. Electroconductive Materials Based on Polylactide and Polypyrrole for Biomedical Applications // Polymer Science, Series A, 2023, DOI:10.1134/s0965545x23700943. WOS SCOPUS Q2
• Elena N. Dresvyanina, Nurjemal A. Tagandurdyyeva, Vera V. Kodolova-Chukhontseva, Irina P. Dobrovol’skaya, Almaz M. Kamalov, Yulia A. Nashchekina, Alexey V. Nashchekin, Alexey G. Ivanov, Galina Yu. Yukina, Vladimir E. Yudin. Structure and Properties of Composite Fibers Based on Chitosan and Single-Walled Carbon Nanotubes for Peripheral Nerve Regeneration // Polymers 2023, 15, 2860. DOI:10.3390/polym1513286.
• Malafeev K.V., Moskalyuk O.A., Kamalov A.M., Popova E.N., Ivan'kova Е.М., Suslov D.N., Kasatkin I.A., Dobrovolskaya I.P., Yudin V.E. Formation and stability of the conducting cluster in the composite filaments based on polylactide and carbon nanofibers. Polym. Compos. 2023;1‐15. doi:10.1002/ pc.27528.
• Nurjemal A. Tagandurdyyeva, Maxim A. Trube, Igor’ O. Shemyakin, Denis N. Solomitskiy, German V. Medvedev, Elena N. Dresvyanina, Yulia A. Nashchekina, Elena M. Ivan’kova, Irina P. Dobrovol’skaya, Almaz M. Kamalov, Elena G. Sukhorukova, Olga A. Moskalyuk, Vladimir E. Yudin. Properties of Resorbable Conduits Based on Poly(L-Lactide) Nanofibers and Chitosan Fibers for Peripheral Nerve Regeneration // Polymers 2023, 15, 3323. https://doi.org/10.3390/polym15153323.
• Головко К.П., Юдин В.Е., Овчинников Д.В., Барсук И.А., Иванькова Е.М., Александров В.Н., Нащекина Ю.А., Гордина Е.М., Божкова С.А. Антибактериальное раневое покрытие на основе хитозана и повидона, полученное методом 3D-печати // Известия Российской военно-медицинской академии. 2024. Т. 43. № 1. С. 23–34.
• Konstantin Malafeev, Olga Moskalyuk, Vladimir Yudin, Dmitry Suslov, Elena Popova, Elena Ivan’kova, Alena Popova. Studies of the in vivo bioresorption rate of composite filaments on the basis of polylactide filled with chitin nanofibrils or silver nanoparticles // Express Polymer Letters Vol.18, No.3 (2024), pp.296–308. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2024.21.

Ключевые партнеры лаборатории:

• Военно-медицинская Академия имени С. М. Кирова;
• Институт цитологии Российской академии наук;
• Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет;
• Технологический университет Тампере (Финляндия);
• Институт структуры и механики горных пород Академии наук Чешской Республики (Прага);
• Римский университет Ла Сапиенца (Италия).