Бактериальная целлюлоза в нейрохирургии: перспективы использования для восстановления твердой мозговой оболочки

Твердая мозговая оболочка играет ключевую роль в защите ЦНС, обеспечивая механическую и барьерную функции. Различные травмы, хирургические вмешательства и патологические состояния могут приводить к необходимости ее восстановления или замещения. Использование синтетических имплантатов или аутотрансплантатов часто сопровождается рисками, включая инфекции, аллергические реакции и отторжение. В последние годы растет интерес к биоцеллюлозе как к биоматериалу, обладающему уникальными свойствами, которые могут значительно улучшить исходы хирургического лечения. Цель настоящего обзора – изучение возможностей применения бактериальной целлюлозы в качестве заменителя твердой мозговой оболочки и анализ ее потенциальных преимуществ. Поиск научных источников в базах данных PubMed и Google Scholar осуществлен за период 2014– 2024 гг. (с учетом ключевых работ, включая ранние исследования биосовместимости и нейрохирургических применений). Использовались следующие ключевые слова и словосочетания: бактериальная наноцеллюлоза, свойства бактериальной наноцеллюлозы, дефекты твердой мозговой оболочки, биосовместимость. Всего найдено 127 научных источников, посвященных применению бактериальной целлюлозы в нейрохирургии, включая исследования in vitro, in vivo и клинические перспективы. На основе анализа новизны и глубины изучения темы (включая механические свойства, иммунный ответ, регенерацию тканей) отобрано 32 статьи (после дублирующих публикаций), наиболее полно отражающих потенциал бактериальной целлюлозы в качестве биоматериала для восстановления твердой мозговой оболочки. Использовались следующие критерии отбора: приоритет публикациям за последние 10 лет (2014–2024); акцент на исследованиях с экспериментальными моделями in vivo (кролики, крысы) и данными по биосовместимости; включение обзоров, систематизирующих применение материала в нейрохирургии. Анализ литературы показал, что бактериальная целлюлоза представляет собой перспективный биоматериал с уникальными свойствами, включая высокую биосовместимость, гипоаллергенность и способность модулировать иммунный ответ в сторону противовоспалительного фенотипа. Ключевым фактором ее эффективности является тщательная очистка от эндотоксинов, что минимизирует воспалительные реакции. Особый потенциал бактериальная целлюлоза демонстрирует в экспериментально-клинической нейрохирургии как потенциальное медицинское изделие для замещения дефектов твердой мозговой оболочки.

1. Ларионов П.М., Погорелова Н.А., Харченко А.В., Терещенко В.П., Ступак Е.В., Ступак В.В., Самохин А.Г., Корель А.В., Кирилова И.А. Оценка биосовместимости гель-пленок бактериальной целлюлозы при использовании ферментных и детергентных методов ее очистки в эксперименте у крыс. Политравма. 2024;(1):67–74. doi: 10.24412/1819-1495-2024-1-67-74

2. Lipovka A., Kharchenko A., Dubovoy A., Filipenko M., Stupak V., Mayorov A., Fomenko V., Geydt P., Parshin D. The effect of adding modified chitosan on the strength properties of bacterial cellulose for clinical applications. Polymers (Basel). 2021;13(12):1995. doi: 10.3390/polym13121995

3. Pogorelova N., Parshin D., Lipovka A., Besov A., Digel I., Larionov P. Structural and viscoelastic properties of bacterial cellulose composites: implications for prosthetics. Polymers (Basel). 2024;16(22):3200. doi: 10.3390/polym16223200

4. Park M.A., Lee S.G., Choi K.H., Cho B.U. Effects of surface coating of cellulose II-based MFC on paper properties. Journal of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry. 2019;51(1):28–36. doi: 10.7584/JKTAPPI.2019.02.51.1.28

5. Abba M., Abdullahi M., Nor M.H.M., Chong C.S., Ibrahim Z. Isolation and characterisation of locally isolated Gluconacetobacter xylinus BCZM sp. with nanocellulose producing potentials. IET Nanobiotechnology. 2017;12(1):52–56. doi: 10.1049/ietnbt.2017.0103

6. Swingler S., Gupta A., Gibson H., Kowalczuk M., Heaselgrave W., Radecka I. Recent advances and applications of bacterial cellulose in biomedicine. Polymers (Basel). 2021;13(3):412. doi: 10.3390/polym13030412

7. He W., Wu J., Xu J., Mosselhy D.A., Zheng Y., Yang S. Bacterial cellulose: functional modification and wound healing applications. Adv. Wound Care (New Rochelle). 2021;10(11):623–640. doi: 10.1089/wound.2020.1219

8. Lahiri D., Nag M., Dutta B., Dey A., Sarkar T., Pati S., Edinur H.A., Abdul Kari Z., Mohd Noor N.H., Ray R.R. Bacterial cellulose: production, characterization, and application as antimicrobial agent. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(23):12984. doi: 10.3390/ijms222312984

9. Ryngajłło M., Jędrzejczak-Krzepkowska M., Kubiak K., Ludwicka K., Bielecki S. Towards control of cellulose biosynthesis by komagataeibacter using systems-level and strain engineering strategies: current progress and perspectives. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2020;104(15):6565–585. doi: 10.1007/s00253-020-10671-3

10. Krasteva P.V., Bernal-Bayard J., Travier L., Martin F.A., Kaminski P.A., Karimova G., Fronzes R., Ghigo J.M. Insights into the structure and assembly of a bacterial cellulose secretion system. Nat. Commun. 2017;8:1–10. doi: 10.1038/s41467-017-01523-2

11. Römling U., Galperin M.Y. Bacterial cellulose biosynthesis: diversity of operons, subunits, products, and functions. Trends Microbiol. 2015;23(9):545–557. doi: 10.1016/j.tim.2015.05.005

12. Pandey A., Singh M.K., Singh A. Bacterial Cellulose: A smart biomaterial for biomedical applications. J. Mater. Res. 2024;39:2–18. doi: 10.1557/s43578-023-01116-4

13. Portela R., Leal C.R., Almeida P.L., Sobral R.G. Bacterial cellulose: a versatile biopolymer for wound dressing applications. Microb. Biotechnol. 2019;12(4):586–610. doi: 10.1111/1751-7915.13392

14. Murray P.J., Allen J.E., Biswas S.K., Fisher E.A., Gilroy D.W., Goerdt S., Gordon S., Hamilton J.A., Ivashkiv L.B., Lawrence T., … Wynn T.A. Macrophage activation and polarization: nomenclature and experimental guidelines. Immunity. 2014;41(1):14–20. doi: 10.1016/j.immuni.2014.06.008

15. Popa L., Ghica M. V., Tudoroiu E.-E., Ionescu D.G., Dinu-Pîrvu C.E. Bacterial cellulose – a remarkable polymer as a source for biomaterials tailoring. Materials (Basel). 2022;15(3):1054. doi: 10.3390/ma15031054

16. Dang R., Xu J., Zhang B., Zhao S., Dang Y. Preparation of bacterial cellulose-based antimicrobial materials and their applications in wound dressing: a review. Materials & Design. 2025;253:113820. doi: 10.1016/j.matdes.2025.113820

17. Nathan C., Ding A. Nonresoling inflammation. Cell. 2010;140(6):871–882. doi: 10.1016/j.cell.2010.02.029

18. Dutta S.D., Ganguly K., Patil T.V., Randhawa A., Lim K.T. Unraveling the potential of 3D bioprinted immunomodulatory materials for regulating macrophage polarization: State-of-the-art in bone and associated tissue regeneration. Bioact. Mater. 2023;28:284–310. doi: 10.1016/j.bioactmat.2023.05.014

19. Mondadori C., Chandrakar A., Lopa S., Wieringa P., Talò G., Perego S., Lombardi G., Colombini A., Moretti M., Moroni L. Assessing the response of human primary macrophages to defined fibrous architectures fabricated by melt electrowriting. Bioactive Materials. 2023;21:209–222. doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.07.014

20. Ajdary R., Abidnejad R., Lehtonen J., Kuula J., Raussi-Lehto E., Kankuri E., Tardy B., Rojas O.J. Bacterial nanocellulose enables auxetic supporting implants. Carbohydrate Polymers. 2022;284:119198. doi: 10.1016/j.carbpol.2022.119198

21. Čolić M., Tomić S., Bekić M. Immunological aspects of nanocellulose. Immunol. Lett. 2020;222:80–89. doi: 10.1016/j.imlet.2020.04.004

22. Cherng J.H., Chou S.C., Chen C.L., Wang Y.W., Chang S.J., Fan G.Y., Leung F.S., Meng E. Bacterial cellulose as a potential bio-scaffold for effective re-epithelialization therapy. Pharmaceutics. 2021;13(10):1592. doi: 10.3390/pharmaceutics13101592

23. Bobadilla A.V.P., Arévalo J., Sarró E., Byrne H.M., Maini P.K., Carraro T., Balocco S., Meseguer A., Alarcón T. In vitro cell migration quantification method for scratch assays. J. R. Soc. Interface. 2019;16(151):20180709. doi: 10.1098/rsif.2018.0709

24. Liu H., Hu Y., Wu X., Hu R., Liu Y. Optimization of surface-engineered micropatterns on bacterial cellulose for guided scar-free skin wound healing. Biomolecules. 2023;13(5):793. doi: 10.3390/biom13050793

25. Chen Y., Xi T., Zheng Y., Guo T., Hou J., Wan Y., Gao C. In vitro cytotoxicity of bacterial cellulose scaffolds used for tissue-engineered bone. Journal of Bioactive and Compatible Polymers. 2009;24(2):137–145. doi: 10.1177/0883911509102712

26. Girard V.D., Chaussé J., Borduas M., Dubuc É., Iorio-Morin C., Brisebois S., Vermette P. In vitro and in vivo biocompatibility of bacterial cellulose. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2024;112(10):e35488. doi: 10.1002/jbm.b.35488

27. Kim G.D., Yang H., Park H.R., Park C.S., Park Y.S., Lee S.E. Evaluation of immunoreactivity of in vitro and in vivo models against bacterial synthesized cellulose to be used as a prosthetic biomaterial. BioChip J. 2013;7:201–209. doi: 10.1007/s13206-013-7302-9

28. Xu C., Ma X., Chen S., Tao M., Yuan L., Jing Y. Bacterial cellulose membranes used as artificial substitutes for dural defection in rabbits. Int. J. Mol. Sci. 2014;15(6):10855–10867. doi: 10.3390/ijms150610855

29. Jackson N., Muthuswamy J. Artificial dural sealant that allows multiple penetrations of implantable brain probes. J. Neurosci. Methods. 2008;171(1):147–152. doi: 10.1016/j.jneumeth.2008.02.018

30. Khurana D., Suresh A., Nayak R., Shetty M., Sarda R.K., Knowles J.C., Kim H.W., Singh R.K., Singh B.N. Biosubstitutes for dural closure: Unveiling research, application, and future prospects of dural mater alternatives. J. Tissue Eng. 2024;15:20417314241228118. doi: 10.1177/20417314241228118

31. Chen X., Ma X., Chen S., Tao M., Yuan L., Jing Y. Bacterial cellulose membranes used as artificial substitutes for dural defection in rabbits. Int. J. Mol. Sci. 2014;15(6):10855–10867. doi: 10.3390/ijms150610855

32. Yao J., Ma X., Xu C., Tian H.L., Chen S.W. Repair of dural defects with electrospun bacterial cellulose membranes in a rabbit experimental model. Mater. Sci. Eng. C. Mater. Biol. Appl: C. 2020;117:111246. doi: 10.1016/j.msec.2020.111246