Ученые нашли новый способ восстановления костей человека

Скаффолды для регенерации костной ткани

Ученые из школы химических и биомедицинских технологий ТПУ совместно с коллегами создали композитные скаффолды для регенерации костной ткани с использованием пьезоэлектрического биодеградируемого полимера полигидроксибутирата и магнитоактивных наполнителей. Эти скаффолды обладают уникальной микроволокнистой структурой и электроактивными и магнитными свойствами, что ускоряет восстановление костной ткани. Разработка успешно апробирована на лечении дефектов бедренной кости у крыс. Полигидроксибутират является перспективным биоматериалом в регенеративной медицине благодаря 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 микроволокнистые скаффолды на основе пьезоэлектрического полимера РНВ и композитных магнитных нанонаполнителей на основе магнетита и оксидов графена, — рассказывает один из авторов исследования, директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Томского политехнического университета Роман Сурменев.

Композитные скаффолды с магнитными нанонаполнителями улучшают адгезию клеток и биодеградацию

Исследование показало, что скаффолды с композитными магнитными нанонаполнителями имеют уникальную микроструктуру: высокопористые и шероховатые микроволокна улучшили адгезию клеток. Магнитные наполнители ускорили биодеградацию каркасов PHB благодаря порам на поверхности и увеличенному содержанию аморфной фазы. В исследовании участвовали ученые из МГУ, НИИ морфологии человека им. Авцына, ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН и Университета Авейру (Португалия).

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

Ученые изучили ферментативную биодеградацию композитных скаффолдов с магнитоактивными наполнителями и без них. Испытания показали, что скаффолды без наполнителей значительно изменили свою пористость и шероховатость, что подтверждает их влияние на устойчивость материалов. Биодеградация, включающая высвобождение полимерных кристаллитов и кристаллизацию аморфной фазы, может улучшить имплантаты для восстановления костей, отмечает инженер Лада Шлапакова. Каркасы, имплантированные в бедренные кости крыс, успешно способствовали восстановлению костей благодаря магнитной стимуляции и другим эффектам материала.