Композитные скаффолды: прорыв в регенерации костей от ученых ТПУ

Ученые из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ) в сотрудничестве с российскими и зарубежными коллегами создали композитные каркасы (скаффолды) для регенерации костной ткани.

Эти каркасы используют пьезоэлектрический биодеградируемый полимер полигидроксибутират с добавлением магнитоактивных наполнителей, что позволяет ускорить процесс восстановления костной ткани. Результаты работ опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Миллионы людей по всему миру страдают от повреждений опорно-двигательного аппарата, и ограниченная способность к самовосстановлению костей и хрящей требует разработки эффективных биоматериалов. Полигидроксибутират (РНВ) — один из самых перспективных материалов в регенеративной медицине благодаря своей биосовместимости, биоразлагаемости и механической прочности.

Наш научный коллектив ведет исследования магнитоактивных материалов в решении вопросов регенерации тканей уже много лет. Доказано, что это клинически безопасные технологии с глубоким проникновением магнитных полей в ткани без затухания и нагрева тканей. В своем исследовании мы совместно с коллегами предложили совместить две перспективные технологии и разработали электроформованные микроволокнисные скаффолды на основе пьезоэлектрического полимера РНВ и композитных магнитных нанонаполнителей на основе магнетита и оксидов графена.

• Роман Сурменев, директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ

Исследования, поддержанные Российским научным фондом, показали, что скаффолды с магнитными нанонаполнителями имеют уникальную микроструктуру. Микроволокна этих каркасов обладают высокопористой и шероховатой морфологией, что улучшает адгезию клеток. Магнитные наполнители ускоряют биодеградацию каркасов за счет увеличенной пористости и содержания аморфной фазы.

В исследованиях приняли участие ученые из МГУ им. Ломоносова, Научно-исследовательского института морфологии человека им. академика А.П. Авцына, федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН и Университета Авейру (Португалия). Особое внимание уделялось ферментативной биодеградации каркасов, которая проводилась в течение шести месяцев.

Мы провели исследование получившихся композитных скаффолдов методами рентгеновской дифракции и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и выявили, что введение магнитоактивных наполнителей приводит к значительному изменению кристаллической структуры РНВ, а именно к образованию нанокристаллической структуры полимера. Это улучшает механические свойства скаффолдов, поскольку структурные изменения влияют на их прочность и эластичность.

• Мария Сурменева, ведущий научный сотрудник международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ

Эксперименты на крысах, которым имплантировали скаффолды для восстановления дефектов бедренной кости, показали успешное восстановление после магнитной стимуляции. Результаты подтверждают, что внедрение магнитных наполнителей и улучшенная микроструктура скаффолдов оказывают синергетическое влияние на регенерацию костной ткани.

Сложный механизм биодеградации, включающий процессы высвобождения полимерных кристаллитов и кристаллизацию аморфной фазы, может открыть новые горизонты в создании имплантатов, способствующих восстановлению и регенерации поврежденных костей. Такие разработки могут в дальнейшем значительно улучшить качество жизни людей с патологиями костей, предполагая более эффективные и безопасные методы лечения.

• Лада Шлапакова, инженер-исследователь международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ

Эти новаторские исследования открывают новые перспективы в области регенеративной медицины и могут значительно улучшить качество жизни пациентов с повреждениями костей.

Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ТПУ