Эффективнее и безопаснее: ученые усовершенствовали полимерный материал для восстановления тканей

Ученые предложили метод усовершенствования биосовместимого и биоразлагаемого полимера поликапролактона. Они выяснили, что если «навесить» на материал аминогруппы, то полимер будет быстрее и лучше восстанавливать поврежденные ткани и помогать выращивать новые. К усовершенствованному материалу легче прикрепляются клетки, а вероятность воспаления при установке имплантатов из поликапролактона снижается. Исследование провели специалисты подведомственного Минобрнауки России Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта вместе с петербургскими коллегами.

Современная регенеративная медицина нуждается в материалах, которые позволят быстро восстанавливать человеческие ткани после повреждений, например, сильных ожогов. Перспективным ученые считают использование имплантатов из полимера поликапролактона. Однако у этого материала есть ряд недостатков, среди которых гидрофобность — «стремление» избегать контактов с водой. Большинство клеток живого организма прикрепляются и размножаются на гидрофильной поверхности, а высокая степень гидрофобности имплантов на основе поликапролактонов препятствует эффективному росту живых клеток на таких материалах.

Кроме того, поликапролактон не обладает достаточной биоактивностью: в материале отсутствуют специфические сайты связывания, которые отвечают за прикрепление, миграцию, деление клеток и их дифференцировку (т. е. приобретение клетками устойчивых функциональных различий).

Усовершенствовать поликапролактон можно, «навесив» на него аминогруппы — небольшие азотосодержащие группы атомов, которые распознаются клетками. Исследования показали, что такая модификация полимера увеличивает «смачиваемость» материала, облегчает прикрепление клеток к нему, а также уменьшает вероятность воспаления при установке имплантатов.

Ученые БФУ имени Иммануила Канта вместе с коллегами из Института цитологии РАН, Института высокомолекулярных соединений РАН, Института экспериментальной медицины и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе предлагают использовать аргинин в качестве источника аминогрупп для усовершенствования поликапролактона. Эта аминокислота содержит максимально возможное для подобных соединений количество атомов азота, поэтому для модификации полимера ее требуется относительно немного.

Научный коллектив описал, как температура и концентрация аргинина влияют на свойства получаемых пленок из поликапролактона.

«В результате мы определили оптимальные условия для присоединения к поликапролактону аминогрупп, которые позволяют клеткам успешно закрепиться на его поверхности и впоследствии размножаться», — рассказала Ольга Москалюк, кандидат технических наук, доцент, заведующая лабораторией полимерных и композиционных материалов «Smart Textiles» БФУ имени Иммануила Канта.

Эксперимент показал, что чем выше была концентрация аргинина при обработке полимера, тем лучше аминогруппы прикреплялись к нему. Ученые отметили, что самые прочные образцы были получены при высоких концентрациях аргинина и нагревании до 40 °С — такой материал выдерживал в два раза большее нагрузок при растяжении, чем необработанный поликапролактон. Кроме того, такие образцы охотнее взаимодействуют с водой.

«Предложенная нами методика поможет значительно улучшить материалы для регенеративной медицины и расширить области их применения», — подчеркнула Юлия Нащекина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Центра клеточных технологий Института цитологии РАН.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в одном из ведущих научных журналов.

Рисунок 1. Микрофотографии клеток на поверхности поликапролактона, обработанного разными концентрациями аргинина при разной температуре и в разных растворителях.