Optimization of the reparative regeneration of striated skeletal muscle tissue is actual for clinical practice. Volumetric muscle loss usually heals through the fibrous scar formation. Herein, there are numerous of methods under developed focused on reparative myogenesis induction. One of the promising approaches in this area is formed by gene-activated materials, particularly, in the hydrogel form. We developed a gene-activated hydrogel based on hyaluronic acid and plasmid DNA with the gene of vascular endothelial growth factor A (VEGF-A). Firstly, we showed a biocompatibility of the product in the subcutaneous test in mice. Using marker plasmid DNA carrying the luciferase gene, prolonged delivery of gene constructs to cells in vivo with a peak in transgene expression at day 7 was confirmed, while the same plasmid DNA in an aqueous solution provided a maximum level of delivery at day 1. Being implanted into a volumetric defect of the anterior tibial muscle in rats the gene-activated hydrogel activated angiogenesis in 2 weeks after surgery and induced MYH7B+-muscle fibers formation in the central zone of the defect at average number 50,0±16,1 and 21,8±10,5 in 2 and 4 weeks, respectively, whereas a hydrogel without plasmid DNA did not have any myogenic effects. Thus, plasmid DNA with VEGFA in the sodium alginate-based hydrogel induced angiogenesis in the volumetric muscle loss model and stimulated reparative myogenesis that could be used for further development of products effective for treatment of patients with muscle pathology.
Проблема оптимизации репаративной регенерации поперечно-полосатой скелетной мышечной ткани представляет большо фундаментальный интерес и является актуальной для клинической практики. При объемных повреждениях скелетных мышц заживление происходит путем формирования соединительнотканного рубца (плотная соединительная ткань). В связи с этим разрабатываются способы индукции репаративного миогенеза. Один из перспективных подходов в этой области связан с применением ген-активированных материалов, в частности, в виде гидрогелей. Мы разработали ген-активированный гидрогель на основе гиалуроновой кислоты и плазмидной ДНК с геном сосудистого эндотелиального фактора роста A (VEGF-A). В подкожном тесте у мышей была показана биосовместимость изделия. При использовании маркерной плазмидной ДНК, несущей ген люциферазы, была подтверждена пролонгированная доставка генных конструкций в клетки in vivo с пиком экспрессии трансгена на 7 сут. после введения, в отличие от введения той же плазмидной ДНК в водном растворе с максимальным уровнем доставки на 1 сут. После имплантации в объемный дефект передней большеберцовой мышцы у крыс ген-активированный гидрогель обеспечивал активный ангиогенез на сроке 2 нед. после повреждения и формирование молодых MYH7B+-мышечных волокон в центральной зоне дефекта в количестве 50,0±16,1 и 21,8±10,5 в поле зрения на сроках 2 и 4 нед., соответственно, тогда как гидрогель без плазмидной ДНК миогенным эффектом не обладал. Таким образом, ген-активированный гидрогель на основе гиалуроновой кислоты за счет плазмидной ДНК с геном VEGFA индуцировал ангиогенез и репаративный рабдомиогенез в модели объемного повреждения скелетной мышцы, что может быть использовано для дальнейшей разработки изделий, эффективных в лечении пациентов с патологией мышц.