Regeneration potential of a new tendon implant made of polyhydroxybutyrate nanofibres

Анатолий Александрович Ольхов; Евгений Дмитриевич Склянчук; Тавриз Аязович Аббасов; Владимир Семёнович Акатов; Ирина Сергеевна Фадеева; Роман Сергеевич Фадеев; Наталия Ивановна Фесенко; Ольга Валериевна Староверова; Клара Зенноновна Гумаргалиева; Юрий Николаевич Филатов; Алексей Леонидович Иорданский; Владимир Васильевич Гурьев

Regeneration potential of a new tendon implant made of polyhydroxybutyrate nanofibres

Анатолий Александрович Ольхов¹, Евгений Дмитриевич Склянчук², Тавриз Аязович Аббасов³, Владимир Семёнович Акатов⁴, Ирина Сергеевна Фадеева⁵, Роман Сергеевич Фадеев⁶, Наталия Ивановна Фесенко⁷, Ольга Валериевна Староверова⁸, Клара Зенноновна Гумаргалиева⁹, Юрий Николаевич Филатов¹⁰, Алексей Леонидович Иорданский¹¹, Владимир Васильевич Гурьев¹²

research article Pages: 3-11

¹ к.т.н., доцент, зав. лабораторией, кафедра химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов, Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова; науч. сотрудник, Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН (Москва)
² д.м.н., зав. ортопедическим отделением, Центр травматологии и ортопедии Дорожной клинической больницы им. Н.А. Семашко на станции Люблино ОАО «РЖД» (Москва); профессор, кафедра травматологии и ортопедии, Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова
³ аспирант, кафедра травматологии и ортопедии, Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова
⁴ д.ф.-м.н., профессор, зав. лабораторией тканевой инженерии, Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН
^5,6 к.б.н, науч. сотрудник, лаборатория тканевой инженерии, Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН
⁷ к.б.н., доцент, Учебный центр биофизики и биомедицины Пущинского государственного естественно-научного института Министерства образования и науки РФ
⁸ аспирант, кафедра химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов, Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова; мл. науч. сотрудник, Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН
^9,11 д.х.н., профессор, зав. лабораторией, Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН
¹⁰ д.х.н., профессор, зав. центром аэрозолей, ГНЦ «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова»
¹² д.м.н., профессор, руководитель Центра травматологии и ортопедии Дорожной клинической больницы им. Н.А. Семашко на станции Люблино ОАО «РЖД»

Keywords: polyhydroxybutyrate nanofibrous materials implant bioresorp¬tion regenerative potential

Abstract

The development of implants that provide the regeneration of ligaments and tendons, there is an actual problem of modern traumatology and orthopedics. The paper presents an original artificial implant of ligaments developed using of solid polymeric fibers and non-woven matrix consisting of nano- and micro-fibers, made of polyhydroxybutyrate (PHB). It is shown that the nano- and microfiber PHB matrix of the implant exhibits a high biocompatibility, provides the attachment and growth of human cells thereon. It is found in an experimental model of Wistar rats that the implant exhibits the property of high effective conductor for regeneration of ligaments, particularly the damaged Achilles tendon. It is found also that the use of the nano- and microfibers in the implant is crucial for the formation of morphologically adequate tissue regenerate of the tendon in the tissue defect. The conclusion is made about high potential of the developed implant for reconstructive surgery

How to cite

Ольхов А.А., Склянчук Е.Д., Аббасов Т.А., Акатов В.С., Фадеева И.С., Фадеев Р.С., Фесенко Н.И., Староверова О.В., Гумаргалиева К.З., Филатов Ю.Н., Иорданский А.Л., Гурьев В.В. Регенерационный потенциал нановолоконного сухожильного имплантата из полигидроксибутирата // Технологии живых систем. 2015. № 2. С. 3–11.

References

Polimery v biologii i medicine / pod. red. M. Dzhenkinsa. M.: Nauchnyjj mir. 2011. 256 s.
Filatov JU.N. EHlektroformovanie voloknistykh materialov (EHFV-process). M.: Neft i gaz. 1997. 298 s.
Bonartsev A.P., Yakovlev S.G., Filatova E.V., Soboleva G.M., Makhina T.K., Bonartseva G.A., Shaitan K.V., Popov V.O., Kirpichnikov M.P. // Biochemistry (Moscow) Supplement Series B: Biomedical Chemistry. 2012. V. 6(1). R. 42-47.
ZHarkova I.I., Staroverova O.V., Voinova V.V., Andreeva N.V., SHushkevich A.M., Skljanchuk E.D., Kuzmicheva G.M., Bespalova A.E., Akulina E.A., SHajjtan K.V., Olkhov A.A. Biosovmestimost matriksov dlja tkanevojj inzhenerii iz poli-3-oksibutirata i ego kompozitov, poluchennykh metodom ehlektroformovanija // Biomedicinskaja khimija. 2014. T. 60. № 5. S. 553-560.
Rushton N., Dandy D.J., Naylor C.P. The clinical, arthroscopic and histological findings after replacement of the anterior cruciate ligament with carbon-fibre // J. Bone Joint Surg. Br. 1983. V. 65(3). R. 308-309.
Bolton C.W., Bruchman W.C. The GORE-TEX expanded polytetrafluoroethylene prosthetic ligament. An in vitro and in vivo evaluation // Clin. Orthop. Relat. Res. 1985. V. 196. P. 202-213.
Solovieva M.E., Solovyev V.V., Kudryavtsev A.A., Trizna Y.A., Akatov V.S. Vitamin B12b enhances the cytotoxicity of dithiothreitol // Free Rad. Biol. Med. 2008. V. 44(10). P. 1846-1856.
Akatov V.S., Fadeev R.S., Fadeeva I.S., SHatalin JU.V., Fesenko N.I.Farmskrining preparatov i perspektivnykh substancijj in vitro. Pushhino: FixPrint. 2014. 67 c.
ZHarkova I.I., Bonarcev A.P., Boskhomdzhiev A.P., Efremov JU.M., Bagrov D.V., Makhina T.K., Myshkina V.L., Ivanov E.A., Voinova V.V., JAkovlev S.G., Zernov A.L., Filatova E.V., Andreeva N.V., Bonarceva G.A., SHajjtan K.V. Vlijanie modifikacii poli-3-oksibutirata poliehtilenglikolem na zhiznesposobnost kletok, kultiviruemykh na polimernykh plenkakh. // Biomedicinskaja khimija. 2012. T.58. № 5. S.579-591.
Staroverova O.V., Olkhov A.A., Kuzmicheva G.M., Domoroshhina E.N., Vlasov S.V., Filatov JU.N. Ultratonkie volokna na osnove biopolimera poligidroksibutirata (PGB), modificirovannye nanorazmernymi modifikacijami dioksida titana // Vestnik MITKHT. 2011. T. VI. № 6. S. 120-127.
OlkhovA.A., StaroverovaO.V., KuzmichevaG.M., DomoroshinaE.N., FilatovYu.N., FilatovI.Yu., VlasovS.V., IordanskiiA.L., Shibryaeva L.S., Tertishnaya Yu.V., Bonartseva G.A., Bonartsev A.P., Zaikov G.E. Nanofibrous materials on the basis of biopolymer ? polyhydroxybutyrate // in book - Nanostructured polymers and nanochemistry: research progress - // Ed. by A.K. Haghi, S. Kubica, G.E. Zaikov. IMPIB, Torun (Poland). Institute for Engineering of Polymer Materials and Dyes. 2012. R. 25-36.
Staroverova O.V., SHushkevich A.M., Kuzmicheva G.M., Olkhov A.A., Voinova V.V., Olkhov A.A., ZHarkova I.I., SHajjtan K.V., Skljanchuk E.D., Gurev V.V. Voloknistye matriksy dlja tkaneinzhenernykh konstrukcijj iz poli-3-gidrooksibutirata i ego kompozitov // Tekhnologii zhivykh sistem. 2013. T. 10. № 8. S. 74-79.
Olkhov A.A., Staroverova O.V., Filatov JU.N., Kuzmicheva G.M., Iordanskijj A.L., Stojanov O.V., Zai- kov G.E., Zenitova L.A. Nanovoloknistye biomaterialy na osnove poligidroksibutirata // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2014. T. 16. № 8. S. 157-161.
Olkhov A.A., Staroverova O.V., Iordanskii A.L., Zaikov G.E. Morphology of electrospun nanofibres of polyhydroxybutyrate // AIP Conf. Proc. 1599, 558-561 (2014); doi: 10.1063/1.4876902.
Zajavka № 2014146660 (RF). Sposob povyshenija regeneracionnogo potenciala implantatov dlja vosstanovitelnojj khirurgii soedinitelnojj tkani (MPK A61F2/08, A61L27/34, C08L23/04, C08L23/06, C08K5/04) / E.D. Skljanchuk, A.A. Olkhov, V.S. Gurev, V.V. Akatov, A.L. Iordanskijj, JU.N. Filatov, T.A. Abbasov, I.S. Fadeeva, O.V. Staroverova, O.G. Skljanchuk.

[1] Polimery v biologii i medicine / pod. red. M. Dzhenkinsa. M.: Nauchnyjj mir. 2011. 256 s.

[2] Filatov JU.N. EHlektroformovanie voloknistykh materialov (EHFV-process). M.: Neft i gaz. 1997. 298 s.

[3] Bonartsev A.P., Yakovlev S.G., Filatova E.V., Soboleva G.M., Makhina T.K., Bonartseva G.A., Shaitan K.V., Popov V.O., Kirpichnikov M.P. // Biochemistry (Moscow) Supplement Series B: Biomedical Chemistry. 2012. V. 6(1). R. 42-47.

[4] ZHarkova I.I., Staroverova O.V., Voinova V.V., Andreeva N.V., SHushkevich A.M., Skljanchuk E.D., Kuzmicheva G.M., Bespalova A.E., Akulina E.A., SHajjtan K.V., Olkhov A.A. Biosovmestimost matriksov dlja tkanevojj inzhenerii iz poli-3-oksibutirata i ego kompozitov, poluchennykh metodom ehlektroformovanija // Biomedicinskaja khimija. 2014. T. 60. № 5. S. 553-560.

[5] Rushton N., Dandy D.J., Naylor C.P. The clinical, arthroscopic and histological findings after replacement of the anterior cruciate ligament with carbon-fibre // J. Bone Joint Surg. Br. 1983. V. 65(3). R. 308-309.

[6] Bolton C.W., Bruchman W.C. The GORE-TEX expanded polytetrafluoroethylene prosthetic ligament. An in vitro and in vivo evaluation // Clin. Orthop. Relat. Res. 1985. V. 196. P. 202-213.

[7] Solovieva M.E., Solovyev V.V., Kudryavtsev A.A., Trizna Y.A., Akatov V.S. Vitamin B12b enhances the cytotoxicity of dithiothreitol // Free Rad. Biol. Med. 2008. V. 44(10). P. 1846-1856.

[8] Akatov V.S., Fadeev R.S., Fadeeva I.S., SHatalin JU.V., Fesenko N.I.Farmskrining preparatov i perspektivnykh substancijj in vitro. Pushhino: FixPrint. 2014. 67 c.

[9] ZHarkova I.I., Bonarcev A.P., Boskhomdzhiev A.P., Efremov JU.M., Bagrov D.V., Makhina T.K., Myshkina V.L., Ivanov E.A., Voinova V.V., JAkovlev S.G., Zernov A.L., Filatova E.V., Andreeva N.V., Bonarceva G.A., SHajjtan K.V. Vlijanie modifikacii poli-3-oksibutirata poliehtilenglikolem na zhiznesposobnost kletok, kultiviruemykh na polimernykh plenkakh. // Biomedicinskaja khimija. 2012. T.58. № 5. S.579-591.

[10] Staroverova O.V., Olkhov A.A., Kuzmicheva G.M., Domoroshhina E.N., Vlasov S.V., Filatov JU.N. Ultratonkie volokna na osnove biopolimera poligidroksibutirata (PGB), modificirovannye nanorazmernymi modifikacijami dioksida titana // Vestnik MITKHT. 2011. T. VI. № 6. S. 120-127.

[11] OlkhovA.A., StaroverovaO.V., KuzmichevaG.M., DomoroshinaE.N., FilatovYu.N., FilatovI.Yu., VlasovS.V., IordanskiiA.L., Shibryaeva L.S., Tertishnaya Yu.V., Bonartseva G.A., Bonartsev A.P., Zaikov G.E. Nanofibrous materials on the basis of biopolymer ? polyhydroxybutyrate // in book - Nanostructured polymers and nanochemistry: research progress - // Ed. by A.K. Haghi, S. Kubica, G.E. Zaikov. IMPIB, Torun (Poland). Institute for Engineering of Polymer Materials and Dyes. 2012. R. 25-36.

[12] Staroverova O.V., SHushkevich A.M., Kuzmicheva G.M., Olkhov A.A., Voinova V.V., Olkhov A.A., ZHarkova I.I., SHajjtan K.V., Skljanchuk E.D., Gurev V.V. Voloknistye matriksy dlja tkaneinzhenernykh konstrukcijj iz poli-3-gidrooksibutirata i ego kompozitov // Tekhnologii zhivykh sistem. 2013. T. 10. № 8. S. 74-79.

[13] Olkhov A.A., Staroverova O.V., Filatov JU.N., Kuzmicheva G.M., Iordanskijj A.L., Stojanov O.V., Zai- kov G.E., Zenitova L.A. Nanovoloknistye biomaterialy na osnove poligidroksibutirata // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2014. T. 16. № 8. S. 157-161.

[14] Olkhov A.A., Staroverova O.V., Iordanskii A.L., Zaikov G.E. Morphology of electrospun nanofibres of polyhydroxybutyrate // AIP Conf. Proc. 1599, 558-561 (2014); doi: 10.1063/1.4876902.

[15] Zajavka № 2014146660 (RF). Sposob povyshenija regeneracionnogo potenciala implantatov dlja vosstanovitelnojj khirurgii soedinitelnojj tkani (MPK A61F2/08, A61L27/34, C08L23/04, C08L23/06, C08K5/04) / E.D. Skljanchuk, A.A. Olkhov, V.S. Gurev, V.V. Akatov, A.L. Iordanskijj, JU.N. Filatov, T.A. Abbasov, I.S. Fadeeva, O.V. Staroverova, O.G. Skljanchuk.

Abstract

How to cite

Related articles