Ученые химического факультета ТГУ разрабатывают технологию получения новых материалов для реконструктивной хирургии кости. В качестве основы они используют поливиниловый спирт и гидроксиапатит, являющийся главным минеральным компонентом кости. Новый материал – криоструктурированный, он будет иметь консистенцию плотного желе, что позволит хирургам придавать ему любую нужную форму во время имплантации пациенту. Исследования проводятся при поддержке Президентского гранта.
– Одна из ключевых задач регенеративной медицины – создание материалов-заменителей тканей с соответствующими механическими свойствами, микроструктурой, способствующей прикреплению, росту клеток и образованию новой костной ткани, – поясняет руководитель проекта, сотрудник лаборатории химических технологий ХФ ТГУ Дарья Лыткина. – Несмотря на прогресс в развитии биомедицинского материаловедения, на сегодняшний день в клинической практике отсутствуют резорбируемые имплантаты для реконструкций костной ткани с прогнозируемыми физико-химическими свойствами.
Новый материал, над созданием которого работают химики Томского государственного университета, предназначен для реконструкции кости в той части, где нет значительной механической нагрузки. Как отмечают химики, гели поливинилового спирта (ПВС) не токсичны, гидрофильны, биосовместимы, обладают пористой структурой и высоким содержанием свободной воды, как и естественный суставной хрящ. Однако криогели ПВС обладают низкими механическими свойствами и не способны образовывать биологические связи между имплантатом и живыми тканями. Чтобы преодолеть эти недостатки, криогели ПВС могут быть модифицированы гидроксиапатитом, который поможет материалу связываться с живыми тканями, а также обеспечит необходимые механические характеристики.
Задача нового материала – заполнять пустоты, которые остаются после закрытия основного дефекта, например, после сборки костных обломков. Наличие таких пустот может создавать тяжелые послеоперационные осложнения, в них может скапливаться гной и прочее. Материал на основе криогеля поливинилового спирта и гидроксиапатита будет иметь консистенцию очень упругого желе, что позволит хирургам заполнять им дефекты любой формы. Со временем композит, имеющий пористую структуру, прорастет сосудами и костными клетками пациента.
– Цель проекта – разработать фундаментальные основы получения композиционных материалов, – говорит Дарья Лыткина. – В частности, будут определены оптимальные концентрации главных компонентов, определены режимы замораживания-оттаивания для получения материалов с наиболее высокими механическими характеристиками. Полученные знания позволят прогнозировать взаимосвязь между физико-химическими и функциональными свойствами композитов.
Для решения исследовательских задач химики активно используют математическое моделирование. Оно помогает понять, как и какие именно фосфаты формируются в среде поливинилового спирта и наоборот – как образование фосфатов обоюдно влияет на формирование гелей поливинилового спирта, как за счет взаимодействия с ионами, входящими в состав фосфатов кальция, происходит изменение степени набухания гелей, температуры их плавления, механических свойств.
Фундаментальные знания, полученные химиками ТГУ в рамках проекта, позволят создавать биосовместимые тканеинженерные конструкции, сделает их более безопасными и доступными широкому кругу пациентов.
Для справки:
Заболевания, связанные с опорно-двигательным аппаратом, являются главным фактором, ведущим к инвалидизации во всем мире. Количество людей, страдающих от нарушений и болезней костно-мышечной системы, достигло уже порядка 1,7 миллиардов человек. Около 24% людей подвергаются длительному лечению заболеваний опорно-двигательного аппарата. Поэтому существует потребность в разработке материалов, которые обладали бы схожими свойствами с естественной хрящевой тканью и подходили для имплантации.
Фото пресс-службы ТГУ
Нет комментариев