26/02/2019

Стронций и кремний помогут повысить биоактивность имплантатов

842

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.

Источники

Стронций и кремний помогут повысить биоактивность имплантатов
Индикатор (indicator.ru), 25/02/2019
Стронций и кремний помогут повысить биоактивность имплантатов
Томский политехнический университет , 25/02/2019
Стронций и кремний помогут повысить биоактивность имплантатов
SMIonline (so-l.ru), 25/02/2019
Ученые ТПУ вместе с российскими и зарубежными коллегами выяснили, что стронций и кремний повышают биоактивность имплантатов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 11/03/2019

Похожие новости