Регенерировать идеи: как из нового биоматериала «вырастят» нервы и кожу
Ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Томского политехнического университета предложили способ модификации биополимеров для тканевой инженерии. Добавление в материал небольшого количества частиц восстановленного оксида графена улучшает его механические свойства и эффект памяти формы. В будущем такой материал может использоваться для регенерации мягких тканей, например кожных покровов, рассказали разработчики. Эксперты уверены, что он будет востребован в регенеративной и персонализированной медицине. Однако необходимы дальнейшие исследования его безопасности для человеческого организма.
Эффект матрикса
Биополимеры широко используются в медицине, а научные исследования в этой сфере развиваются в нескольких перспективных направлениях. Во-первых, ученые создают полимерные композиционные материалы, которые характеризуются биосовместимостью (свойствами, которые не дают ему отторгаться организмом) и биодеградацией (то есть способностью растворяться в организме без следа). Во-вторых, производят полимерные скаффолды — «каркасы», которые служат основой, матриксом для клеток и используются для реконструктивной хирургии.
К материалам, используемым для создания таких каркасов, предъявляется целый ряд требований — они должны обладать соответствующими биомеханическими свойствами, иметь развитую микроструктуру и способствовать процессу регенерации ткани. Поэтому одной из основных задач тканевой инженерии является изучение и создание новых материалов для различных применений.
Биосовместимые полимеры полилактид и поликапролактон хорошо подходят под описанные критерии, более того, полилактид обладает ярко выраженным эффектом памяти формы, который может улучшить адаптивность медицинских конструкций и способствовать правильной установке имплантатов. Ученые научно-образовательного центра биомедицинской инженерии Университета науки и технологий МИСИС совместно с исследователями Томского политехнического университета модифицировали скаффолды (каркасы) из комбинации этих материалов и добавления в состав частиц восстановленного оксида графена (rGO), которые имеют особые электро- и теплопроводные свойства.
Полина Ковалева
— В результате испытаний выяснилось, что наполнитель rGO способствует повышению степени кристалличности полимерной матрицы. Так, по мере увеличения содержания этих частиц механические свойства каркасов улучшались, — рассказала «Известиям» соавтор работы сотрудник научно-образовательного центра биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Полина Ковалева.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале European Polymer Journal.
Предел прочности
Ученым удалось увеличить предел прочности каркасной основы при растяжении в два раза относительно скаффолдов без частиц. Кроме того, теплопроводные частицы способствовали размягчению полимерной матрицы, что улучшает свойство восстановления формы.
Исследователи отмечают, что подобные материалы перспективны для применения в тканевой инженерии, в особенности для имплантатов мягких тканей, а программируемый эффект памяти формы может служить для самоустановки, усадки или, наоборот, разворачивания скаффолдов в организме. Ученые считают, что с помощью разработки можно будет «выращивать» такие растяжимые структуры, как нервные ткани и кожные покровы.
Работа на спининговой установке
Полимерные материалы с улучшенными характеристиками за счет внесения в их состав каких-либо добавок и составляющих находят свое применение на практике, рассказала «Известиям» старший научный сотрудник лаборатории «Полимерные материалы для тканевой инженерии и трансплантологии» Института биомедицинских систем и биотехнологий СПбПУ Юлия Нащекина.
— В биомедицине это в первую очередь применение для получения скаффолдов в целях культивирования и трансплантации клеток. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы определить тканеспецифичность (то есть то, какие конкретно ткани получится вырастить), необходимо провести дополнительные исследования. Нужно провести предварительные эксперименты на животных, чтобы понять, какие конкретно ткани в лучшей степени могут быть совместимы с данным материалом, — уверена она.
Безусловно, биоматериалы, которые могут быть интегрированы в организм человека без риска отторжения, востребованы, особенно в персонифицированной медицине, считает заведующий лабораторией функционального дизайна нанокластерных полиоксометаллатов НИИ физики и прикладной математики УрФУ Кирилл Гржегоржевский.
— Было бы чудесно, если бы могли напечатать имплантат из биоразлагаемых полимеров для конкретного человека. Есть вопросы относительно того, насколько устойчивы такие частицы графена и не будут ли они вымываться из имплантата в организм, потому что нанотрубки, например, проникают через клетки и наносят им вред. Уверен, что коллеги проведут на этот счет дальнейшие исследования, — подчеркнул эксперт.
Подключение провода, по которому будет подводиться напряжение к иголке шприца
Для уточнения возможности использования материала для конкретных тканей, например для нервной ткани или кожных покровов, ученым предстоит провести множество предварительных исследований и испытаний, подчеркнули в НИТУ МИСИС.
