Разработан способ управления свойствами скаффолдов для регенерации тканей
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) в составе международной научной коллаборации разработали универсальный способ настройки свойств биоразлагаемых полимерных скаффолдов — каркасов, используемых в регенеративной медицине.
Конструкции из полимерных материалов — скаффолды — активно применяют в регенеративной медицине для восстановления, сохранения и улучшения функций тканей. Они должны быть биосовместимыми и биоразлагаемыми. При этом важно, чтобы полимерный каркас имитировал структуру соединительной ткани, поддерживающей клетки, и имел механические свойства, близкие живым тканям.
Наиболее перспективным в этом плане представляется полимер полигидроксибутират. Однако он демонстрирует довольно слабый пьезоэлектрический отклик. Целью исследования стало повышение пьезоэлектрического отклика у электроформованных матриц из полигидроксибутирата путем включения в них однородно распределенных кристаллов бета-глицина.
«Глицин является компонентом многих белков в организме человека и играет решающую роль в синтезе многочисленных биомолекул, включая креатин, нуклеиновые кислоты, РНК, ДНК и другие. Кроме того, он хорошо известен своими противовоспалительными, антиоксидантными и иммуномодулирующими эффектами в нескольких типах клеток. Также глицин действует как нейротрансмиттер, модулируя нейрональную активность и контролируя двигательные функции. К тому же, он положительно влияет на модуляцию роста, облегчение мышечного тонуса, синтез коллагена, восстановление тканей и замедление мышечной дегенерации», — рассказала один из авторов статьи, инженер-исследователь Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Лада Шлапакова.
По итогам экспериментов удалось оптимизировать параметры изготовления каркасов, чтобы добиться получения волокон с заданной морфологией, кристаллической структурой и пьезоэлектрическим откликом. Так, для матриц из полигидроксибутирата с 30-процентным массовым содержанием глицина ученые получили 14-кратное увеличение среднего латерального коэффициента пьезоэлектрического отклика.
«Кратно усиленный пьезоэлектрический отклик глицинсодержащих скаффолдов призван обеспечить электростимуляцию восстановления биологических тканей в контролируемой терапевтической дозировке. Кроме того, включение глицина создает поры на поверхности полимерных волокон, придавая материалу неоднородную поверхность, а также значительно повышает гидрофильность скаффолдов и поверхностную энергию. Эти свойства повысят клеточный отклик на поверхности материала», — пояснил еще один автор исследования, директор Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» Роман Сурменев.
Ученые отмечают как фундаментальный, так и практический интерес, который представляют результаты исследования. Разработанный универсальный способ одновременного управления химическими, поверхностными и пьезоэлектрическими свойствами скаффолдов, по мнению исследователей, будет способствовать «настройке» свойств изученных материалов для широкого спектра применений, в том числе для изготовления «умных» медицинских изделий для регенерации тканей, таких как костные имплантаты, раневые повязки, кондуиты для восстановления нерва и т.д.
Исследование поддержано Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети» и грантом РНФ.