В Институте биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС создали прототип пористой полимерной мембраны с микрорельефом, имитирующим складчатую поверхность кишечника. На его основе разработан образец кишечного барьера, чья проницаемость в 100 раз ближе к показателям настоящей ткани тонкой кишки человека, чем стандартная лабораторная модель. В перспективе разработка позволит повысить точность доклинических испытаний лекарств.

Ежегодно до 90% препаратов, показавших высокие результаты in vitro и в опытах на животных, в дальнейших исследованиях оказываются неэффективными для человека. Одна из причин такого расхождения — видовые различия и несовершенство существующих доклинических моделей, не позволяющих надёжно прогнозировать реакцию организма. Ненадёжные доклинические модели обусловливают потерю до 75% всех затрат на разработку нового препарата.

Проницаемость — это способность барьера пропускать через себя вещества. У кишечника она определяет, как лекарства и питательные вещества попадают из просвета кишки в кровь. Чтобы её измерить, через мембрану пропускают вещество-маркер и фиксируют, какая его часть и за какое время проходит на другую сторону. Чем точнее эта величина совпадает с показателями реальной ткани, тем более достоверной считается система.

«Стандартом для изучения кишечного барьера in vitro остаются клетки линии Caco-2, выращенные на вставках Transwell. Эта система представляет собой плоский монослой без характерного для кишечника рельефа слизистой „ворсинка-крипта“, а формирующийся барьер в 3 раза плотнее, чем ткань человека, из-за чего проницаемость для растворимых веществ значительно снижается», — рассказала д.б.н., профессор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Елизавета Кудан.

Для решения этой задачи в НИТУ МИСИС предложили способ получения мембран из поликапролактона — биосовместимого полимера, который уже применяется в медицине. Учёные доказали, что проницаемость созданной мембраны на два порядка ближе к показателям настоящей ткани, чем у стандартной лабораторной модели.

«Нам удалось сформировать мембрану с устойчивым микрорельефом, который не разглаживается. Именно благодаря сочетанию формы и правильно подобранной пористости мы можем выращивать на поверхности клетки кишечного эпителия. Они формируют живой барьер, способный имитировать как здоровую слизистую кишечника, так и модели патологий. Чтобы создать условия для равномерного распределения клеток по сложной поверхности, мы дополнительно обрабатывали поверхность хитозаном и полиглутаминовой кислотой», — сказала соавтор исследования, выпускница программы «Биоматериаловедение iPhD» НИТУ МИСИС Валентина Костенко.

По словам ректора НИТУ МИСИС Алевтины Черниковой, в рамках стратегического технологического проекта «Биомедицинская инженерия и биометариалы», реализуемого в университете по госпрограмме «Приоритет 2030», учёные на протяжении ряда лет ведут исследования в области биомедицины. Их разработки позволяют значительно улучшить качество жизни людей.

На разработанный способ получения биомиметической мембраны уже подана заявка на патент.