Ученые из Томского политехнического университета (ТПУ) показали, что каркасы из пьезоэлектрического полимера с добавлением минеральных наночастиц могут с успехом использоваться для восстановления костной ткани, сообщает пресс-служба вуза. Такие композиты хорошо приживаются в организме и, преобразуя энергию сжатия-растяжения в электроимпульсы за счет пьезоэффекта, стимулируют рост костной ткани, ускоряя восстановление.
В нашем исследовании мы сравнили свойства трех материалов для создания биодеградируемых каркасов. Помимо классического поликапролактона взяли пьезоэлектрический полимер и пьезополимер с добавлением биоактивных наночастиц”, – приводит пресс-служба слова начальника центра технологий ТПУ Романа Сурменева. “Электрические заряды, возникающие при механической деформации или давлении на пьезоэлектрик, активизируют клетки живой ткани, побуждая их расти и делиться. Поэтому полимеры с таким свойством очень перспективны для регенеративной медицины. Наш эксперимент показал, что наилучшим для восстановления костной ткани оказался третий вариант – гибридный биокомпозит”, – сообщил он.
Полимерные каркасы служат “строительными лесами” для живых клеток, формирующих новую костную ткань. Эти каркасы производят из биодеградируемых материалов: со временем, когда кость уже сформирована, материал каркаса распадается на простые вещества и выводится из организма. Для создания таких “опор” чаще всего используется поликапролактон – прочный и эластичный биоразлагаемый полимер. Однако ученые продолжают искать наиболее подходящие материалы для регенеративной медицины. Для исследования ученые ТПУ выбрали полимер из группы полиоксиалканоатов, который обладает пьезоэлектрическими свойствами, как и природная кость. Кроме того, исследователи расширили возможности материала, добавив в полимер наночастицы гидроксиапатита. Гидроксиапатит – синтетическое вещество, подобное минеральному компоненту скелета, применяется как составляющая материалов для ортопедии и стоматологии. В ходе эксперимента ученые поместили на полимеры стволовые клетки. Эти клетки в организме дифференцируются практически в любые ткани любого органа, поэтому по их поведению можно делать выводы о пригодности полимера к имплантации. Исследование показало, что на поверхности биокомпозита с наночастицами оказалось примерно в полтора раза больше живых клеток, чем на других образцах. Это объясняется тем, что включение гидроксиапатита с кремнием увеличивает площадь поверхности полимерного каркаса, обогащает ее кальцием, фосфором и кремнием, улучшает смачиваемость.
“Кроме количественной оценки мы оценили и жизнеспособность клеток на полимерах. Через 24 часа после начала эксперимента на каждом из образцов выживаемость клеток была выше 80%, а на полимере с биочастицами она превысила 95%. Это доказывает, что пьезоэлектрический композит с применением неорганических наночастиц не только является биосовместимым, но и способствует клеточному росту”, – пояснил Сурменев.
Работа выполнена в сотрудничестве с коллегами из других городов России (Саратов, Санкт-Петербург) и Великобритании (Лондон). (plastinfo/Химия Украины и мира)