Российские ученые создали «рельефные» пленки для хирургической имплантации
Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) протестировали несколько разновидностей биополимерных пленок, которые могут применяться для изготовления имплантантов в хирургии. Изучив свойства пленок, исследователи выделили те виды, которые способствуют ускоренному формированию новых тканей в организме человека, вызывая при этом минимальную реакцию на инородное тело.
Авторы разработали биополимерные пленки на основе полигидроксиалканоата (ПГА) — полимерного материала биологического происхождения, исследования которого ведутся в СФУ уже более десяти лет. Отличительной чертой представленных пленок состоит в особом рельефе их поверхностей, который возникает в процессе отливки и зависит от состава ПГА.
«Биополимер создают бактерии. В зависимости от того, чем мы кормим эти микроорганизмы, получаем полимеры различного состава. В основном бактерии производят биополимер поли-3-гидроксибутират, но используя различные добавки получаем его сополимеры с 3-гидроксивалератом, а также 4-гидроксибутиратом и 3-гидроксигексаноатом, которые значительно различаются между собой свойствами. От рисунка рельефа, который естественным путем получается на каждом из четырех видов пленок, зависит, как будут реагировать клетки организма — в частности, насколько интенсивной будет реакция воспаления, а она неизбежна даже на такой низкоаллергенный природный материал, как биополимер», — рассказала один из авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии новых биоматериалов, ассистент кафедры медицинской биологии СФУ Галина Рыльцева.
Первая «линия обороны» организма, реагирующая на появление инородного тела, — кровь. Поэтому исследователи изучили, как на пленки из биополимера реагируют эритроциты — красные кровяные тельца. Важной «мишенью» исследования стали также моноциты — клетки крови, участвующие в обнаружении и уничтожении любого инородного агента, попавшего внутрь человеческого тела. Также ученые оценили реакцию на биопленки фибробластов — излишние скопления этих клеток могут приводить к образованию фиброзов и рубцовых изменений в органах и тканях.
«Нужно создать наиболее природоподобную структуру поверхности пленки, которая будет обладать той пористостью, кристалличностью, рельефом, которые в наибольшей степени поспособствуют нарастанию клеток и формированию здоровой ткани вокруг имплантанта, попутно снижая воспаление. Пленка должна быть практически «невидима» для организма и в идеале — улучшать восстановление и заживление тканей», — продолжила Галина Рыльцева.
В лаборатории биотехнологии новых биоматериалов СФУ пленки формируют из порошкообразного биополимера, растворенного в хлороформе. При испарении растворителя образуется материал с индивидуальным рельефом поверхности. Каждый из четырех видов изученных пленок обладает разной прочностью, различными размерами пор и т.д.
«Фактически, имитируем с помощью пленок экстраклеточный матрикс. Если взять любую ткань в организме человека — костную, мышечную, эпителиальную — и «убрать» клетки, окажется, что они крепятся на такой вот природный естественный матрикс с уникальной пористой поверхностью. Мы пытаемся добиться подобной структуры с помощью биополимеров, чтобы на них образовывалась такая естественная ткань», — объяснила ученый.
По словам исследователя, полученными составами можно покрывать различные имплантируемые в организм человека хирургические изделия — металлические имплантанты для восстановления конечностей при переломах, а также кардиологические, урологические, гастроэнтерологические стенты.
По мнению авторов, следующим шагом может стать разработка биоразлагаемых стентов, востребованных в кардиологии для лечения сосудистых заболеваний. С учетом этих перспектив исследователи уже изучают реакцию клеток эндотелия (ткани, выстилающей кровеносные и лимфатические сосуды) на биопленки с разными поверхностями.