Record Details

COMPARATIVE ANALYSIS OF THREE-DIMENSIONAL NANOSTRUCTURE OF POROUS BIOCOMPATIBLE SCAFFOLDS MADE OF RECOMBINANT SPIDROIN AND SILK FIBROIN FOR REGENERATIVE MEDICINE

Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title COMPARATIVE ANALYSIS OF THREE-DIMENSIONAL NANOSTRUCTURE OF POROUS BIOCOMPATIBLE SCAFFOLDS MADE OF RECOMBINANT SPIDROIN AND SILK FIBROIN FOR REGENERATIVE MEDICINE
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТРЕХМЕРНОЙ НАНОСТРУКТУРЫ ПОРИСТЫХ БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ МАТРИКСОВ ИЗ РЕКОМБИНАНТНОГО СПИДРОИНА И ФИБРОИНА ШЕЛКА ДЛЯ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ
 
Creator O. Agapova I.; V.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow
A. Efimov E.; V.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow
M. Moisenovich M.; Faculty of Biology, Moscow State University
V. Bogush G.; The State Research Institute for Genetics and Selection of Industrial Microorganisms, Moscow
I. Agapov I.; V.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow
О. Агапова И.; Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова, Москва
А. Ефимов Е.; Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова, Москва
М. Мойсенович М.; Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва
В. Богуш Г.; Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов, Москва
И. Агапов И.; Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова, Москва
 
Subject scanning probe nanotomography; nanoporosity; three-dimensional biocompatible scaffolds; silk fibroin; spidroin
сканирующая зондовая нанотомография; нанопористость; трехмерные биосовместимые матриксы; фиброин шелка; спидроин
 
Description Aim. To perform a comparison of three-dimensional nanostructure of porous biocompatible scaffolds made of fibroin Bombix mori and recombinant spidroin rS1/9. Materials and methods. Three-dimensional porous scaffolds were produced by salt leaching technique. The comparison of biological characteristics of the scaffolds shows that adhesion and proliferation of mouse fibroblasts in vitro on these two types of scaffolds do not differ significantly. Comparative experiments in vivo show that regeneration of bone tissue of rats is faster with implantation of recombinant spidroin scaffolds. Three-dimensional nanostructure of scaffolds and interconnectivity of nanopores were studied with scanning probe nanotomography (SPNT) to explain higher regenerative activity of spidroin-based scaffolds. Results. Significant differences were detected in the integral density and volume of pores: the integral density of nanopores detected on 2D AFM images is 46 μm–2    and calculated volume porosity is 24% in rS1/9-based scaffolds; in fibroin-based three-dimensional structures density of nanopores and calculated volume porosity were 2.4 μm–2  and 0.5%, respectively. Three-dimensional reconstruction system of nanopores and clusters of interconnected nanopores in rS1/9-based scaffolds showed that volume fraction of pores interconnected in percolation clusters is 35.3% of the total pore volume or 8.4% of the total scaffold volume. Conclusion. Scanning probe nanotomography method allows obtaining unique information about topology of micro – and nanopore systems of artificial biostructures. High regenerative activity of rS1/9-based scaffolds can be explained by higher nanoporosity of the scaffolds.
Цель. Сравнение трехмерной наноструктуры пористых биосовместимых матриксов из фиброина шелка Bombyx mori и рекомбинантного спидроина rS1/9. Материалы и методы. Трехмерные пористые матриксы были получены методом выщелачивания. При сравнении биологических свойств показано, что адгезия и пролиферация мышиных фибробластов на двух видах матриксов различались незначительно. В сравнительных экспериментах in vivo показано, что регенерация костной ткани у крыс происходит быстрее при имплантации матриксов из рекомбинантного спидроина. С целью объяснения более высокой регенеративной активности матриксов из спидроина с помощью сканирующей зондовой нанотомографии была исследована трехмерная наноструктура матриксов, а также сообщаемость нанопор внутри матриксов. Результаты. Были обнаружены существенные отличия в плотности и объеме нанопор: в матриксах из rS1/9 интегральная плотность нанопор, зафиксированная в двухмерном атомно-силовом изображении, составляла 46 мкм–2, а степень пористости – 24%; в трехмерных структурах из фиброина шелка плотность нанопор и степень пористости были 2,4 мкм–2  и 0,5% соответственно. Трехмерная реконструкция системы нанопор и образованных ими кластеров в матриксах из rS1/9 показала, что объемная доля взаимосвязанных пор в перколяционных кластерах равна 35,3% от всего объема пор, что составляет 8,4% от общего объема матрикса. Выводы. Метод сканирующей зондовой нанотомографии позволяет получить уникальную информацию о топологии систем нанопор искусственных биоконструкций. При сравнительном анализе наноструктуры искусственных матриксов из регенерированного шелка и рекомбинантного спидроина, полученных методом выщелачивания, показано, что скэффолды из спидроина имеют более высокую интегральную плотность нанопор, степень пористости и объемную долю взаимосвязанных пор.
 
Publisher V.I.Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs
 
Contributor —
—
 
Date 2015-05-26
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://journal.transpl.ru/vtio/article/view/547
10.15825/1995-1191-2015-2-37-44
 
Source Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs; Том 17, № 2 (2015); 37-44
Вестник трансплантологии и искусственных органов; Том 17, № 2 (2015); 37-44
2412-6160
1995-1191
10.15825/1995-1191-2015-2
 
Language rus
 
Relation http://journal.transpl.ru/vtio/article/view/547/477
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).