Background. Hydrogels are promising for use in tissue engineering for the restoration and regeneration of various tissues, since they are able to perform the functions of bulk scaffolds, providing the formation of 3D cell structures. Population of such scaffolds with autologous or heterogeneous mesenchymal multipotent stromal cells in vitro makes it possible to localize these cells in the area of target tissues after implantation in a patient. One of the difficult tasks is the choice of the method and mode of sterilization of the hydrogel, which does not change its properties.Aim. Study of the effectiveness of hydrogel sterilization by an accelerated electron beam in various modes, changes in the structure and biocompatibility of the scaffold, to assess the prospects for its use for medical purposes, including as a platform for mesenchymal stromal cells.Materials and methods. We used a hydrogel based on 4 % solutions of sodium alginate and sodium salt of carboxymethyl cellulose, cross-linked with calcium chloride, which was developed, obtained and provided for our research by the team of the Research and Educational Center for Biomedical Engineering of the National University of Science and Technology “MISIS”. Hydrogel samples loaded with Escherichia coli, Lactobacillus acidophilus, Saccharomyces cerevisiae were subjected to electron beam treatment in the range of 5–100 kGy. After electron beam treatment of hydrogel, the presence of living microorganisms and its structure were evaluated by IR-Fourier spectroscopy, as well as the phenotype and formation of 3D structures by mesenchymal multipotent cells.Results. It was found that the treatment of hydrogels with an electron beam at a mode of 25 kGy ensures the death of microorganisms, but does not destroy the structure of the hydrogel and does not inhibit the ability to form capillary-like structures by mesenchymal multipotent cells.Conclusion. Treatment with an accelerated electron beam at a 25 kGy can be used to sterilize hydrogels to obtain bulk scaffolds for cell engineering implants.
Введение. Гидрогели перспективны для использования в тканевой инженерии для восстановления и регенерации различных тканей, поскольку способны выполнять функции объемных скаффолдов, обеспечивая формирование 3D клеточных структур. Заселение таких скаффолдов аутологичными или гетерогенными мезенхимальными мультипотентными стромальными клетками in vitro дает возможность локализовать эти клетки в области тканей-мишеней после имплантации пациенту. Одной из сложных задач является выбор способа и режима стерилизации гидрогеля, не изменяющих его свойства.Цель исследования – изучение эффективности стерилизации гидрогеля пучком ускоренных электронов в различных режимах, изменения структуры и биосовместимости скаффолда для оценки перспектив его использования в медицинских целях, в том числе в качестве платформы для мезенхимальных стромальных клеток.Материалы и методы. В работе использовали гидрогель на основе полисахаридов (4 % растворы альгината натрия и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы), сшитых хлоридом кальция, который был разработан, получен и предоставлен для наших исследований коллективом Научно-образовательного центра биомедицинской инженерии ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС». Образцы гидрогеля, нагруженные Escherichia coli, Lactobacillus acidophilus, Saccharomyces cerevisiae, были подвергнуты обработке пучком электронов в диапазоне 5–100 кГр. После электронно-лучевой обработки гидрогеля оценивали наличие живых микроорганизмов и изменение его структуры методом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, а также фенотип мезенхимальных мультипотентных клеток и формирование ими 3D-структур.Результаты. Было установлено, что режим обработки гидрогелей пучком электронов в режиме 25 кГр обеспечивает гибель микроорганизмов, не разрушая структуру гидрогеля, и не ингибирует способность формировать капилляроподобные структуры мезенхимальными мультипотентными клетками.Заключение. Обработка пучком ускоренных электронов в режиме 25 кГр может быть использована с целью стерилизации гидрогелей для получения объемных скаффолдов клеточно-инженерных имплантатов.