В России создали уникальный материал для хирургии и имплантологии

МОСКВА, 23 ноя – РИА Новости. Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) совместно с зарубежными коллегами и исследователями Томского политехнического университета создали новый материал, способный найти широкое применение в хирургии. По словам авторов, конструкции из нового материала могут быть использованы в инженерии костной ткани (имплантологии) для восстановления хрящей, создания раневых повязок и шовных нитей. Исследование опубликовано в журнале Nano Energy.

Известно, что электростимуляция позволяет ускорить восстановление костных дефектов, например, переломов или трещин. Поэтому широкое внимание ученых сегодня привлекают пьезоэлектрические материалы, способные преобразовывать механическую энергию в электрическую энергию и наоборот.

Кроме того, при лечении некоторых заболеваний требуются биоразлагаемые имплантаты, которые с течением времени растворяются в организме и не требуют повторного хирургического вмешательства для своего удаления, что снижает риски воспаления. Также эти имплантаты должны обладать упорядоченной трехмерной структурой и определенными механическими свойствами для восстановления поврежденного участка костей.

Таким образом, современная регенеративная медицина, в частности, костная имплантология, нуждается в разработке новых умных пьезоэлектрических материалов, которые способны одновременно биоразлагаться и оказывать электрическую/механическую стимуляцию клеток и тканей организма. Решение этой сложной задачи требует междисциплинарного подхода.

Ученые УрФУ вместе с коллегами из Томского политеха и учеными из Бельгии, Германии и Португалии разработали биоразлагающиеся трехмерные конструкции, "скаффолды", на основе волокон полимера поли-3-оксибитурата с увеличенным пьезоэлектрическим откликом (до 2,5 раз) и зарядом поверхности (до 9,5 раз).

Исследователи впервые детально изучили структурные и молекулярные изменения в полимерном композите, вызванные добавлением наноразмерного агента на основе оксида графена. Кроме того, они впервые в мире продемонстрировали пьезоотклик самого поли-3-оксибутирата на наноуровне.

При решении задачи использовался давно известный науке биосовместимый и биоразлагающийся синтетический полимер – поли-3-оксибутират (ПОБ). Этот полимер обладает пьезоэлектрическими свойствами, которые по своим значениям близки к свойствам костного коллагена, хотя и уступают характеристикам не биоразлагающихся аналогов.

Для улучшения пьезосвойств ПОБ ученые решили использовать биосовместимый наноразмерный восстановленный оксид графена (ВОГ). Химические особенности и высокая удельная площадь поверхности этого вещества позволяют использовать его для доставки лекарств. Используя ПОБ и ВОГ, авторы исследования разработали новые биоразлагающиеся трехмерные полимерные скаффолды с усиленным пьезоэлектрическим откликом и потенциалом (зарядом) на поверхности.

Подобных материалов, которые сочетали бы в себе биосовместимость, биоразлагаемость, пьезоэлектрические свойства и возможность получения трехмерной структуры с заданными механическими свойствами, очень мало. Поэтому новая разработка может найти широкое применение в медицине, отметил заведующий лабораторией наноразмерных сегнетоэлектрических материалов УрФУ Андрей Холкин.

«

"Для получения наших скаффолдов мы применяли метод электроформования, который отличается простотой и уникальной возможностью контролировать размеры полимерных волокон на наноуровне. Для проведения детального изучения структуры и свойств разработанных скаффолдов, мы использовали целый комплекс высокоточных аналитических методов, от растровой микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии до пьезоэлектрической силовой микроскопии, в которой наша лаборатория является мировым лидером".

Андрей Холкин

Заведующий лабораторией наноразмерных сегнетоэлектрических материалов

Сегодня разработанные скаффолды проходят биологические исследования, которые после успешного завершения потребуют проведения полного спектра доклинических испытаний. Авторы надеются на их широкое применение в медицинской практике в ближайшем будущем.