Ученые Томского политехнического университета разрабатывают современные скаффолды, играющие роль каркасов в регенеративной медицине для замещения дефектов костных тканей, полученных в результате травм или несчастного случая. Используя различные сочетания биоматериалов, политехники создают безопасные и эффективные скаффолды.

Недавно аспирантка, инженер-исследователь Центра технологий ТПУ Светлана Городжа провела серию экспериментов на синхротроне - циклическом ускорители частиц - ANKA в Германии, которые впервые позволили получить детальное представление о внутренней структуре 3D-конструкций скаффолдов. Исследование молодого ученого было признано лучшим в престижном конкурсе программы немецко-российского междисциплинарного научного центра G-RISC, финансируемого Германской службой академических обменов (DAAD).

Центр G-RISC поддерживает научно-исследовательские проекты студентов и аспирантов России и Германии. Участие в программе центра позволило Светлане пройти стажировку в Технологическом институте Карлсруэ (Германия) в научном коллективе под руководством профессора Тило Баумбаха (член Международного научного совета ТПУ) и провести исследования в стенах международного комплекса - синхротрона ANKA.

"Заживление костных дефектов проходит довольно медленно. Для ускорения процесса регенерации последнее время все актуальнее становится создание специальных биодеградируемых конструкций, так называемых "скаффолдов". Внедрение такого рода конструкций в дефект костной ткани обеспечивает механическую поддержку клеток, которые активно участвуют в регенерации ткани. Скаффолд постепенно замещается новообразованной тканью, затем со временем растворяется и выводится из организма в результате естественных процессов", - рассказывает Светлана Городжа.

К скаффолдам предъявляется ряд требований: они должны обладать механическими свойствами, близкими к свойствам костной ткани, состоять из нетоксичного материала, быть биоактивными со взаимосвязанной пористой структурой, обладать адгезивной поверхностью (адгезия - сцепление поверхностей), а также деградировать со скоростью, соответствующей росту костной ткани.

Скаффолды, разрабатываемые в Центре технологий Томского политеха, представляют собой композитные мембраны, изготовленные из биосовместимого полимера, который обладает длительным сроком биорезорбции - рассасывания, деградации. Однако у многих полимеров, используемых в биомедицине, есть большой недостаток - они гидрофобные, а значит, живые клетки плохо прикрепляются к их поверхности. Чтобы решить эту проблему, ученые добавляют к полимеру модифицированный гидроксиапатит - это естественная неорганическая составляющая костей, а для улучшения его биоактивности - приживаемости, в него добавляют различные добавки - например, кремний, стронций, магний, которые также содержатся в небольшом количестве в костных тканях организма.

 

Фото: скаффолд без добавленных частиц. 

 

"До внедрения в человеческое тело скаффолды, безусловно, должны быть хорошо изучены различными методами. Моя работа в Германии была направлена на применение высокоразрешающей компьютерной томографии для исследования внутренней структуры полимерного 3D-скаффолда, обогащенного кремнийзамещенным гидроксиапатитом различной концентрации. Томография позволяет увидеть внутреннюю пористую структуру конструкции и провести детальный качественный и количественный анализ.

На синхротроне можно получить информацию о структуре скаффолда на субмикронном уровне, в Томске просто нет такой технической возможности", - поясняет молодой ученый.

Как отмечает научный руководитель проекта, начальник Центра технологий ТПУ Роман Сурменев, скаффолды - это крайне перспективное научное направление. На сегодняшний день в области регенеративной медицины ведутся активные поиски перспективных биоматериалов и новых методов для создания 3D-скаффолдов, которые позволят решить различные задачи в персонифицированной медицине, и исследования ученых Томского политеха занимают значимое место в этом направлении.

"В данный момент нашими коллегами из Саратова проводятся биологические эксперименты на лабораторных крысах с целью определения эффективности композитных скаффолдов, содержащих в своем составе модифицированный гидроксиапатит с добавлением кремния и других микроэлементов.

Наши конструкции показывают очень хорошие результаты и являются перспективными для ускорения регенерации костных тканей", - говорит научный руководитель проекта Роман Сурменев.


Справка:
Немецко-российский междисциплинарный научный центр G-RISC создан с целью интенсификации и углубления российско-немецкого междисциплинарного научного сотрудничества в рамках научно-исследовательской и образовательной деятельности в областях физики, физической химии, геофизики, астрофизики, биофизики, математики и является престижным международным проектом, призванным значительно повысить уровень международной кооперации молодых ученых. Деятельность G-RISC финансируется Германской службой академических обменов (DAAD).

В 2017 году лучшими в программе G-RISC в России были признаны пять проектов. Проект аспирантки ТПУ Городжа был признан одним из лучших в номинации "Best Project in Materials Science".

Всего за последние два года сотрудниками Центра технологий ТПУ было выиграно более 10 стипендий G-RISC.

Фото: Профессор Александр Шикин — научный организатор программы с российской стороны; Юлия Егорова — административный координатор с российской стороны; Светлана Городжа; доктор Экарт Рюль — научный организатор с немецкой стороны (слева направо). 

Похожие новости

  • 05/12/2017

    Томский политех и Schneider Electric подписали соглашение об открытии совместного Центра компетенций

    ​Ректор Томского политехнического университета Петр Чубик и президент Schneider Electric в России и СНГ Йохан Вандерплаетсе 5 декабря подписали соглашение об открытии в вузе Центра компетенций компании.
    467
  • 26/02/2018

    Ученые ТПУ разработают установки неразрушающего контроля

    ​Исследователи Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности Томского политехнического университета (ТПУ) разработают автоматическую линейку экспериментальных установок для завода антипомпажных клапанов Томского электро-механического завода (ТЭМЗ), который выпускает клапаны магистральных газопроводов ПАО "Газпром", сообщает в понедельник пресс-служба вуза.
    299
  • 07/11/2017

    Томские, китайские и немецкие ученые разработают антибактериальные имплантаты

    ​Ученые Томского политехнического, Хэбэйского (Китай) и Гейдельбергского (Германия) университетов планируют совместно разрабатывать инновационные материалы для клеточных технологий и регенеративной медицины, предполагается использовать их в клинической практике в России и Китае.
    345
  • 23/04/2018

    Персональный электрокардиограф ТПУ помогает выявить аритмию у пациентов

    ​Ученые Томского политехнического университета- сотрудники малого инновационного предприятия вуза ООО "Потенциал" - продолжают медицинские испытания персональных электрокардиографов, которые позволяют делать ЭКГ в домашних условиях и отправлять результаты своей электрокардиограммы врачу.
    219
  • 24/08/2017

    Сибирские ученые разработали ботинки с навигационной системой

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Национального исследовательского Томского политехнического университета разработали пешеходную навигационную систему, которая сможет определять координаты пользователя в плотной городской застройке, лесных массивах и даже под землей, сообщила пресс-служба СФУ.
    727
  • 15/03/2018

    Ученые ТПУ вместе с коллегами получили новый тип искривленного светового луча

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Великобритании, Израиля, Университета ИТМО и других российских вузов получили новый тип искусственно искривленного луча. В своих работах исследователи дали ему название «фотонный крючок».
    320
  • 08/11/2017

    Представители Lapp Group посетили Энергетический институт ТПУ

    Томский политехнический университет - одно из многих учебных заведений, с которыми сотрудничает Lapp Group по всему миру. Сотрудничество ТПУ и холдинга Lapp Group началось с Ганноверской промышленной ярмарки 2005 года, где был подписан Меморандум о сотрудничестве.
    453
  • 06/09/2017

    Инновационные разработки ТПУ были представлены на выставке томской продукции

    ​Во вторник, 5 сентября на площадке Томского электромеханического завода (ТЭМЗ) прошла выставка, на которой предприятия города и области демонстрировали своювысокотехнологичную продукцию и новые технологии.
    727
  • 31/05/2017

    Неземная технология: что добывают в Томске «космические старатели»

    ​Создание космических технологий является драйвером развития человечества, уверены проректоры двух вузов - Томского государственного университета (ТГУ) и Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) - Константин Беляков и Роман Мещеряков.
    657
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    1126