The object of research, development or design (in Russian) : Будут использоваться биокатализаторы для получения композита, чувствительного к лактату, поскольку лактат в изобилии присутствует в различных биологических жидкостях. Улучшение механических свойств и минерализации будет достигнуто за счет легирования гидроксиапатитом, что обеспечит структурную стабильность матрицы и для дальнейшей минерализации. Предварительно нагруженный остеобластами гидрогель, будет использоваться для экспериментов in-vivo на основе полученных результатов in-vitro.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Биокатализаторлар лактатқа сезімтал композицияны алу үшін пайдаланылады, өйткені лактат әртүрлі биологиялық сұйықтықтарда көп болады. Механикалық қасиеттерді және минералдануды жақсартуға гидроксиапатитпен легирлеу арқылы қол жеткізіледі, бұл одан әрі минералдану үшін матрицаның құрылымдық тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Остеобласттармен алдын ала жүктелген гидрогель in-vitro нәтижелеріне негізделген in-vivo эксперименттер үшін пайдаланылады.

Aim of work (in Russian) : В рамках этого проекта мы стремимся разработать новый инъекционный, биосовместимый и стимулочувствительный биоматериал на основе гидрогеля для улучшения остеогенеза и направленной регенерации кости. Новый материал на основе желатина обеспечит создание динамично развивающегося каркасса для костного трансплантата с направленной клеточной пролиферацией, васкуляризацией и минерализацией, реализуемой с помощью каскадных ферментативных реакций.

Aim of work (in Kazakh) : Бұл жоба арқылы біз остеогенезді және басқарылатын сүйек регенерациясын жақсарту үшін жаңа инъекциялық, биоүйлесімді және ынталандыруға сезімтал гидрогель негізіндегі биоматериал әзірлеуді мақсат етеміз. Желатинге негізделген жаңа материал каскадты ферментативті реакцияларды қолдану арқылы жүзеге асырылатын жасуша пролиферациясы, тамырлануы және минералдануы бағытталған сүйек трансплантаты үшін динамикалық дамып келе жатқан тірек құруды қамтамасыз етеді.

Методы исследования (на русском) : Приготовлены вариативные составы прекурсора с желатином Gel и GelMA для нахождения самых перспективных составов. GelMA был получен путем замены первичных и вторичных аминов в желатине метакрилоильными звеньями. Механические свойства прекурсоров были протестированы на реологические свойства и растяжение (Anton Paar, MCR302). Межмолекулярное сшивание под воздействием лактата в желатиновых средах с подходящими реологическими свойствами был изучен. Для этого использовались тандем нескольких ферментов LOx или GOx и Cat. Кинетика каскадных реакций в желатиновой среде изучена с помощью электрохимического метода с использованием потенциостата (PalmSens4). Каталитическую активность глюкозооксидазы (GOx) проверяли путем наблюдения за восстановлением H2O2 на электроде, модифицированном берлинской лазурью (PB), в буфере в результате ферментативной реакции. Активность каталазы проверяли в буфере с помощью метода Triton-x100 (высота захваченной кислородной пены). Кинетические параметры каталазы определяли путем сравнения токов электрокаталитического восстановления при различных концентрациях H2O2 на электроде, модифицированном берлинской лазурью (PB), при V = -50 мВ по сравнению с Ag/AgCl с каталазой и без нее в нормальных кислородных условиях при перемешивании.

Методы исследования (на казахском) : Желатинді Гель және ГельМА бар прекурсордың ауыспалы құрамдары ең перспективалы құрамдарды табу үшін дайындалды. ГельМА желатиндегі біріншілік және екіншілік аминдерді метакрилойл бірліктерімен ауыстыру арқылы алынды. Прекурсорлардың механикалық қасиеттері реология және созылу қасиеттері бойынша сыналған (Anton Paar, MCR302). Сәйкес реологиялық қасиеттері бар желатинді орталарда лактат әсерінен молекулааралық айқаспалы байланыс зерттелген. Ол үшін LOx немесе GOx және Cat бірнеше ферменттерінің тандемі қолданылды. Желатинді ортадағы каскадты реакциялардың кинетикасы потенциостат (PalmSens4) көмегімен электрохимиялық әдіс арқылы зерттелді. Глюкоза оксидазасының (GOx) каталитикалық белсенділігі ферментативті реакция нәтижесінде буфердегі прусс көкімен (PB) модификацияланған электродта H2O2 тотықсыздануын бақылау арқылы тексерілді. Каталаза белсенділігі буферде Triton-x100 әдісімен сыналған (ұсталған оттегі көбік биіктігі). Каталазаның кинетикалық параметрлері әр түрлі H2O2 концентрацияларындағы электрокаталитикалық тотықсыздану токтарын V = -50 мВ кезінде прусс көгімен (PB) модификацияланған электродта Ag/AgCl каталазасы бар және каталазасыз қалыпты оттегі жағдайында араластыру арқылы салыстыру арқылы анықталды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Были подготовлены вариативные составы прекурсора с желатином Gel и GelMA. Желатин и GelMA были использованы в диапазоне концентраций от 0 до 10% желатина и от 2,5 до 10% GelMA. GelMA переходил в жидкость при 24 ° C, тогда как желатин переходил при 34°С. Это позволяет прекурсорам сохранять форму в дефекте кости сразу после инъекции. Были выбраны для дальнейших экспериментов смесь прекурсоров с температурой гелеобразования не ниже 30 °C. Исходный материал имел аморфную и вязкую структуру, позволяющую инъекционно наносить его на костную ткань. Были определены количество и соотношение двух биокатализаторов для достижения желаемой макропористой морфологии каркаса. Электрохимическое исследование каталитических параметров каскадной ферментативной реакции показала, что использование 1 мг/мл GOx и 1 мг/мл Cat позволяет определить активность обоих ферментов в приблизительно 4% вес./об. желатина в условиях перемешивания. Экспериментально оптимизированный 1 мг/мл Cat показал двукратное снижение токов восстановления при непрерывной хроноамперометрии (снижение с 40 до 20 мкА), что свидетельствует об определяемой каталитической активности обоих ферментов при этих концентрациях. Все эксперименты проводились при pH = 7,0, 20 мМ PBS. В этих условиях каталаза немного снижает Vmax и Km по сравнению с оптимальными значениями (из-за неоптимального pH), демонстрируя Vmax = 0,0114 и Km = 0,00305, что означает, что Cat не будет насыщаться даже при очень высоких концентрациях H2O2, вплоть до 6 мМ.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Айнымалы прекурсорлық құрамдар желатинді гель және ГельМА көмегімен дайындалды. Желатин мен ГельМА 0-ден 10% желатинге және 2,5-10% ГельМА концентрациясында қолданылды. ГельМА 24°С, ал желатин 34°C сұйылтылған. Бұл прекурсорларға инъекциядан кейін бірден сүйек ақауында пішінін сақтауға мүмкіндік береді. Әрі қарайғы тәжірибелер үшін гельдену температурасы кемінде 30°C болатын прекурсорлардың қоспасы таңдалды. Бастапқы материал аморфты және тұтқыр құрылымға ие болды, бұл оны сүйек тініне енгізуге мүмкіндік берді. Қажетті макрокеуекті негіздік морфологияға қол жеткізу үшін екі биокатализатордың мөлшері мен арақатынасы анықталды. Каскадты ферменттік реакцияның каталитикалық параметрлерін электрохимиялық зерттеу 1 мг/мл GOx және 1 мг/мл Cat қолдану екі ферменттің де белсенділігін шамамен 4% масса/шамамен анықтауға мүмкіндік беретінін көрсетті. араластыру жағдайында желатин. Эксперименталды түрде оңтайландырылған 1 мг/мл Cat үздіксіз хроноамперометрия кезінде редукциялық токтардың екі есе азаюын көрсетті (40-тан 20 мкА-ға дейін төмендеу), бұл осы концентрацияларда екі ферменттің де анықталатын каталитикалық белсенділігін көрсетеді. Барлық тәжірибелер рН = 7,0, 20 мМ PBS кезінде орындалды. Бұл жағдайларда каталаза Vmax = 0,0114 және Km = 0,00305 көрсете отырып, Vmax және Km-ді оңтайлы мәндерден (оңтайлы емес рН есебінен) аздап төмендетеді, бұл Cat тіпті өте жоғары H2O2 концентрацияларында қанықпайды дегенді білдіреді. 6 мм-ге дейін.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В рамках этого проекта в этом году были приобретены оборудование для развития инфраструктуры университета для исследований и коммерциализации в Казахстане. Полученные результаты имеет значительный вклад в разработку новых биореактивных составов для применения костных трансплантатов. Полученные каркасы могут быть перенесена в клиническую практику. В дальнейшем это позволит не только повысить эффективность регенерации костных дефектов, но и заложить методическую основу для использования методов клеточной и тканевой инженерии при лечении повреждений опорно-двигательного аппарата в Казахстане.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Осы жоба аясында биылғы жылы университеттің Қазақстандағы ғылыми-зерттеу және коммерцияландыру инфрақұрылымын дамыту үшін жабдықтар сатып алынды. Алынған нәтижелер сүйек трансплантаттарын қолдану үшін жаңа биореактивті құрамдарды жасауға айтарлықтай үлес қосты. Алынған тіректерді клиникалық тәжірибеге көшіруге болады. Болашақта бұл сүйек ақауларының регенерациясының тиімділігін арттырып қана қоймай, сонымен қатар Қазақстанда тірек-қимыл аппаратының жарақаттарын емдеуде жасушалық және тіндік инженерия әдістерін қолданудың әдістемелік негізін қалайды.

Level of implementation (in Russian) :

Level of implementation (in Kazakh) :

Efficiency (in Russian) : Инъекционные биоматериалы представляют собой самое передовое решение в лечении мелких дефектов в костно-регенеративной медицине. Инъекция позволяет достичь самых труднодоступных мест тела без вскрытия мягких тканей и проведения сложных операций, минимизируя риски инфекций и улучшая процесс лечения для пациента, сокращая период послеоперационной реабилитации. Инъекционное применение дает значительные преимущества, позволяя удобно наносить прекурсор непосредственно в поврежденное место, например, при лечении микротрещин кости, и создавать тесный контакт между трансплантатом и натуральной костной тканью, что увеличивает шансы на успешную регенерацию.

Efficiency (in Kazakh) : Инъекциялық биоматериалдар сүйек регенеративті медицинадағы кішігірім ақауларды емдеудегі ең озық шешім болып табылады. Инъекция жұмсақ тіндерді ашпай және күрделі операцияларды жасамай, дененің қол жетпейтін жерлеріне жетуге мүмкіндік береді, инфекциялардың қаупін азайтады және пациенттің емдеу процесін жақсартады, операциядан кейінгі оңалту кезеңін қысқартады. Инъекциялық қолдану маңызды артықшылықтар береді, прекурсорды тікелей зақымдалған жерге ыңғайлы жағуға мүмкіндік береді, мысалы, сүйектегі микрожарықтарды емдеуде және трансплантат пен табиғи сүйек тінінің арасында тығыз байланысты құру, табысты регенерация мүмкіндігін арттырады.

Field of application (in Russian) : Полученные результаты могут быть потенциально интересны клиницистам-ортопедам и исследователям, занимающимся регенерацией костей и разработкой трансплантатов. Успешная реализация проекта может быть перенесена в клиническую практику.

Field of application (in Kazakh) : Алынған нәтижелер сүйек регенерациясымен және трансплантаттың дамуымен айналысатын ортопедиялық клиникалар мен зерттеушілер үшін әлеуетті қызығушылық тудыруы мүмкін. Жобаны сәтті жүзеге асыру клиникалық тәжірибеге көшірілуі мүмкін.