Проекты

Получение экстракта слизи улиток и его использование для внеклеточного матрикса

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «IT в медицине, биомедицинские технологии, медицинское приборостроение, бионика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Биоинженерия, Регенеративная медицина
Авторы работы: ГБОУ Школа № 618
Предметы: Биология, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

В настоящее время в области регенеративной медицины  создано много различных материалов для реконструкции повреждённых органов и регенерации тканей. Однако ни одна из разработанных тканеинженерных конструкций не обладает полным набором свойств, необходимых для проведения реконструктивных хирургических операций.

Материал нового поколения с позиций регенеративной медицины должен быть биосовместимым, обладать гемостатическими, антисептическими, адгезивными свойствами и способностью к биорезорбции.

В настоящее время одним из самых перспективных направлений в медицине и фармакологии является создание препаратов на основе биологически активных веществ природного происхождения. Моллюски рода Achatina нашли своё применение в косметологии и медицине, где они используются благодаря своей слизи, содержащей большое количество гликолевой кислоты, коллагена и эластина. Также представители рода Achatina применяются и в исследовательской деятельности в медицине.

Цель

Теоретическое и экспериментальное исследование структуры и свойств экстракта слизи моллюсков рода Achatina и его компонентов, а также изучение перспектив его использования во внеклеточном матриксе для регенерации тканей внутренних органов.

Задачи

1. Разработать легко реализуемый, масштабируемый метод получения препарата из слизи моллюсков рода Achatina.

2. Разработать метод разделения, очистки и стерилизации препарата.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Инкубатор для содержания моллюсков с контролем температуры, влажности и поддоном с впитывающим материалом
  • Установка приготовления дистиллированной воды, УЗ ванна, помпа
  • Весы лабораторные, магнитная мешалка, центрифуга
  • Лиофильная сушка BETA 1-8 LD plus
  • Низкотемпературный пероксидно-плазменный стерилизатор
  • Сканирующий зондовый микроскоп, оптический микроскоп

Описание

В работе был предложен способ получения фильтрата из слизи улитки. Работа состояла из следующих этапов:

1. Фильтрование.

Для фильтрования жидкости, содержащей продукты жизнедеятельности и слизь улиток, использовалась фильтровальная бумага, которую складывали вчетверо и помещали в стеклянную воронку. Воронку помещали в стакан, в котором скапливался фильтрат – жидкость, прошедшая через фильтр. Размер пор в фильтровальной бумаге таков, что позволяет молекулам воды и молекулам растворённого вещества беспрепятственно просачиваться. Частицы размером больше 0,01мм задерживаются на фильтре и не проходят сквозь него, таким образом, формируется слой осадка.

2. Осаждение муцина.

В пробирку собиралась отфильтрованная слизь улитки и по каплям (4–10 капель) вливалась концентрированная уксусная кислота. При этом выпадает осадок муцина, трудно растворимый в избытке уксусной кислоты. Жидкость из пробирки осторожно сливали. Было проведено исследование улиточного муцина с помощью различных растворителей. Он осаждается спиртом, ацетоном, эфиром и легко растворяется в разбавленных щелочах.

3. Центрифугирование – разделение смеси на составные части под действием центробежной силы. Через несколько минут после осаждения проводилось центрифугирование при 2000 оборотов в минуту в течение 15 минут.

4. Лиофилизация (лиофильная сушка) – это процесс дегидратации, обычно используемый для того, чтобы сохранить скоропортящийся материал или сделать его более удобным для транспортировки. Лиофилизация биологических продуктов (белков, вакцин, микроорганизмов) направлена на сохранение их физической и биологической целостности после хранения в течение нескольких месяцев или даже лет. Процесс лиофилизации основан на замораживании материала с последующим уменьшением внешнего давления, что позволяет воде переходить из твёрдого состояния напрямую в газообразное. В работе использовалась лиофильная сушка.

5. Стерилизация.

Цикл стерилизации состоит из загрузки стерилизационной камеры, камеры начального вакуумирования, автоматического впрыска стерилизационного агента и диффузионного процесса в вакуумированной камере, варьирования давления в камере во время действия плазмы, повторного вакуумирования камеры и действия плазмы, выдержки при нормальном давлении, выгрузки материала из стерилизационной камеры. Общая продолжительность цикла стерилизации составляла 36 мин. В работе использовался низкотемпературный пероксидно-плазменный стерилизатор HMTS-800. Стерилизация проводилась при температуре 36 °С.

В результате был получен фильтрат слизи улитки в виде белого порошка.

Автор самостоятельно выполнил первый и второй этапы, остальные были выполнены под руководством научного консультанта. Также автор самостоятельно сделал контейнер для содержания улиток – деревянный домик, покрытый изнутри фольгированным теплоизолирующим материалом.

Результаты работы/выводы

В работе предложена возможность добавить в каркас полученный экстракт слизи улитки. Автор проводит работы, целью которых является доказательство преимущества данного метода перед уже известными. Основные недостатки предыдущих материалов: недостаточная гибкость, повышенная адгезия (сильная «липкость» к коже), недостаточно быстрое время биодеградации, на что указывали хирурги в доклинических испытаниях.

Обобщая полученные данные и проведенные исследования, можно утверждать, что новая структура тонких слоёв внеклеточного матрикса обеспечит оптимальную среду для миграции и ориентированного роста клеток, что будет приводить к быстрой регенерации внутренних органов в зоне репарации.

Перспективы использования результатов работы

При дальнейших успешных испытаниях описанный метод может стать хорошей альтернативой существующим в данное время и найти своё применение в косметологии, офтальмологии, стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Работа проводилась на базе отдела Медицинских систем и диагностических комплексов АО «ЗНТЦ».

Мнение автора

«Это очень полезный проект, который позволяет получить старт в профессию. И если его развивать дальше, то можно достичь больших результатов».