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

  • 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.
    512
  • 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.
    989
  • 28/02/2018

    Европейский Центр Синхротронных Исследований включил работу профессора Елены Болдыревой в число лучших по итогам 2017 года

    ​Профессор НГУ Елена Болдырева возглавила международную группу по исследованиям механохимического синтеза с использованием синхротронного излучения in situ в режиме реального времени – исследование отмечено как одно из лучших достижений Европейского Центра Синхротронных Исследований в Гренобле за 2017 год.
    1399
  • 29/08/2016

    В Новосибирске будут производить шагающие экзоскелеты для инвалидов

    ​Заместитель генерального директора по инновационному развитию "Инновационного медико-технологического центра" (Новосибирского медтехнопарка) Анатолий Аронов на круглом столе в рамках форума "Новосибирск- город безграничных возможностей" рассказал, что будут производить резиденты второй очереди медицинского промышленного парка.
    2899
  • 22/05/2019

    Сохранение биоразнообразия – ключ к стабильности планеты

    ​22 мая отмечается Международный день биологического разнообразия, провозглашенный Генеральной Ассамблеей ООН. Одной из его основных задач является привлечение внимание общественности к проблемам сокращения биоразнообразия Земли.
    558
  • 05/10/2016

    Новосибирские учёные «вырастили» органические светоизлучающие полупроводники

    ​Группа учёных из Новосибирского государственного университета, Новосибирского института органической химии (НИОХ), МГУ и Университета Гронингена (Нидерланды) опубликовала результаты мультидисциплинарного исследования в сфере органической электроники.
    2320
  • 13/04/2017

    III Международная Российско-Казахстанская научно-практическая конференция «Химические технологии функциональных материалов»

    В Новосибирском государственном техническом университете с 27 по 29 апреля 2017 года​ состоится  III Международная Российско-Казахстанская научно-практическая конференция «Химические технологии функциональных материалов» .
    2931
  • 25/10/2019

    Василий Ярных: благодаря РНФ наше направление науки развилось в России просто с нуля

    ​Недавно стало известно, что нейробиологи из Томска под руководством профессора Василия Ярных планируют использовать новый подход для исследования повреждений головного мозга у пациентов с болезнью Паркинсона.
    516
  • 15/10/2019

    Международная школа для молодых ученых по благополучию животных в Новосибирске

    Школа была организована учеными биолого-технологического факультета Новосибирского ГАУ совместно с коллегами из Гумбольдтского университета (ФРГ), университета Вагенинген (Нидерланды) и НИИ СО РАН. Основная цель – формирование у молодых ученых и студентов представлений о важности благополучия животных, факторах, влияющих на него, методах его оценки в условиях сельского хозяйства, природных условиях и в зоопарках.
    148
  • 21/03/2017

    Новосибирские химики провели исследование фотомеханического эффекта в Европейском центре синхротронного излучения ESRF

    Химики НГУ провели новые эксперименты в Европейском центре синхротронного излучения ESRF (Гренобль, Франция). Они изучили влияние гидростатического сжатия в алмазных наковальнях на химические реакции в кристаллах, сопровождающиеся фотомеханическим эффектом.
    2057