Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с российскими и зарубежными коллегами провели комплексное исследование специальных композитных материалов для регенеративной медицины — скаффолдов — с различными включениями в виде неорганических нано- и микрочастиц модифицированного гидроксиапатита. Они выполняют роль каркасов, которые помогают кости быстрее восстанавливаться в случае переломов и травм. Статья ученых опубликована в European Polymer Journal.

Создание скаффолдов и их исследования — перспективное направление в биомедицине. Скаффолды представляют собой материалы из тонких полимерных нитей, переплетенных между собой. Их размещают в месте костного дефекта, например перелома, в качестве каркаса для новых костных клеток. Новая костная ткань прорастает сквозь скаффолд и заполняет место перелома. Когда кость полностью восстанавливается, полимер растворяется в организме. Скаффолды из различных материалов уже внедряются в медицинскую практику, однако оставляют для исследователей еще много вопросов.

«Основная проблема заключается в том, что полимерные скаффолды обладают недостаточно биоактивной поверхностью. А биоактивные свойства подразумевают стимулирование процессов регенерации, — говорит один из авторов статьи, руководитель центра "Физическое материаловедение и композитные материалы" ТПУ Роман Сурменев. — Чтобы увеличить биоактивность, к полимеру традиционно добавляют гидроксиапатит — это минеральная составляющая кости. Но мы решили добавить в этот состав еще и микрочастицы кремния и стронция. Новизна работы заключается в том, что мы впервые провели комплексное сравнение биоактивных свойств скаффолдов с обычным гидроксиапатитом и с добавлением частиц кремния и стронция».

В своем исследовании ученые работали со скаффолдами из полимера поликапролактон. Это самый распространенный материал для получения скаффолдов. Сами скаффолды они получали методом электроспиннинга — вытягивали тончайшие волокна из полимерного раствора под действием электрического поля. Гидроксиапатит и частицы кремния и стронция внедрялись в структуру скаффолда на стадии его создания — добавлялись в исходный полимерный раствор.

«Кремний и стронций работают как антагонисты. Частицы кремния стимулируют формирование новых костных клеток — остеобластов, а стронций влияет на их разрушение. Так мы повторяем естественные процессы в кости — костная ткань постоянно возобновляется, в ней формируются новые клетки и разрушаются старые», — поясняет Роман Сурменев.

«Через 21 день проведения эксперимента на скаффолдах с добавками кремния и стронция было больше клеток, чем на скаффолдах только с гидроксиапатитом. Это говорит об их большей биологической активности. Кроме того, антибактериальные тесты показали, что скаффолды с добавками обладают достаточными антибактериальными свойствами и не провоцируют воспалительных процессов», — отмечает ученый.

Биологические исследования и антибактериальные тексты проводились в России и в Словении. Следующий шаг в этом исследовании — эксперименты на лабораторных животных, которые сейчас проводятся в Саратовском государственном медицинском университете.

Добавим, исследование проводится в сотрудничестве с Институтом фотонных исследований и синхротронного излучения Технологического института Карлсруэ (Германия), Марбургским университетом имени Филиппа (Германия), Институтом Йозефа Стефана (Словения), Институтом теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Институтом химии твердого тела и механохимии СО РАН.

Биоразлагаемый скаффолд с частицами кремния - видео

***

Characterization of biomimetic silicate- and strontium-containing hydroxyapatite microparticles embedded in biodegradable electrospun polycaprolactone scaffolds for bone regeneration / Roman A. Surmenev, Svetlana Shkarina, Dina S. Syromotina, Elizaveta V. Melnik, Roman Shkarin, Irina I. Selezneva, Artem M. Ermakov, Sergei I. Ivlev, Angelica Cecilia, Venera Weinhardt, Tilo Baumbach, Tomaž Rijavec, Ales Lapanje, Marina V. Chaikina, Maria A. Surmeneva // European Polymer Journal. Volume 113, April 2019, Pages 67-77.

Похожие новости

  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    2370
  • 09/04/2021

    Над получением меланина из гречишной лузги работают новосибирские химики

    Новосибирские химики разрабатывают способ извлечения из гречишной лузги суперполезного биологически активного вещества меланина. Он определяет цвет родинок на теле, а в составе растений придаёт им тёмную окраску.
    646
  • 20/02/2021

    В России может появиться федеральный центр развития технологий для водородной энергетики

    ​​​Такое предложение было озвучено на выездном совещание президента РАН Александра Сергеева и председателя Совета директоров ПАО АФК «Система» Владимира Евтушенкова в Институте проблем химической физики РАН.
    1293
  • 21/02/2019

    Российские и зарубежные ученые создали имплантаты, позволяющие костям быстрее срастаться

    ​Группа ученых из России, Германии и Словении повысили биологическую активность имплантов за счет нано- и микрочастиц кремния и стронция. После вживления такого импланта в организм костная ткань будет восстанавливаться быстрее, сообщила пресс-служба Министерства науки и высшего образования РФ.
    1148
  • 04/09/2021

    Летающая машина, возможность видеть сквозь стены и бактерии, борющиеся с опустыниванием

    В дайджесте Минобрнауки России собраны самые важные, по мнению редакции, материалы о науке и образовании. Сегодня в рубрике: устройство, которое помогает видеть людей через стены, отслеживание эффективности приема лекарств пациентами с сердечно-сосудистыми заболеваниями и структура, которая концентрирует энергию внутри себя и не излучает ее наружу.
    418
  • 28/10/2020

    Российские ученые нашли экологически чистую замену углю

    Улучшить свойства доступных видов биотоплива смогли ученые Томского политехнического университета (ТПУ). По словам авторов, им удалось получить из торфа и отрубей экологически чистое топливо, не уступающее по эффективности бурому углю.
    1298
  • 27/01/2021

    Российским учёным удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля

    Исследователи НИТУ «МИСиС», ТПУ и Института катализа СО РАН им. Г.К. Борескова предложили новый метод повышения эффективности сгорания угольного топлива с помощью солей меди, который позволяет на 40% сократить выбросы угарного газа и в три раза снизить недожог, превратив его в полезное тепло.
    671
  • 30/08/2021

    СКИФ станет важным звеном развития зеленых технологий, биологической безопасности и материаловедения

    ​Одним из ключевых мероприятий VIII Международного форума технологического развития «Технопром-2021» стало обсуждение перспектив новых исследований на базе строящегося в настоящее время ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов».
    561
  • 25/06/2021

    Учёные предложили легко масштабируемую технологию получения мембран из тефлона для медицины и новой энергетики

    ​Группе учёных удалось с помощью метода электроспиннинга получить мембраны из политетрафторэтилена (тефлона) — самого химически стойкого полимера в природе.  По словам ученых, это простой, доступный и легко масштабируемый метод, который позволит получать химически стойкие мембраны в промышленных объемах.
    620
  • 19/04/2021

    В поисках стимулов и альтернатив: что может помешать запрету одноразовой посуды в России?

    Как считают специалисты, для решения проблемы без законодательных запретов не обойтись. По словам вице-президента по стратегическому развитию томской группы компаний "Элекард", советника ректора Томского государственного университета Константина Белякова, без запретов у производителей просто нет мотивации что-то менять.
    595