Коллектив ученых из Германии предлагает интересный и простой метод получения биоразлагаемого органогенного костного воска.

Нередко переломы сопровождаются определенными осложнениями, такими как осколки костной ткани и сколы. В таких случаях требуется оперативное вмешательство, но даже оно не всегда способно помочь. При наличии острых сколов (пример подобного скола приведен на рисунке 1), часто возникают внутренние кровотечения.

Для решения подобного рода проблем и используется костный воск. Он позволяет «затереть» острые края сколов и трещин, таким образом, механически предотвратить возможные кровотечения. Классический костный воск практически полностью состоит из пчелиного воска. Но, к сожалению, пчелиный воск не органогенный материал и вызывает отторжение, гипертрофированный ответ иммунной системы, воспалительные процессы и деградацию костной ткани. Таким образом, актуальным является разработка простого и доступного метода получения материала, обладающего положительными характеристиками для решения этой проблемы.

Рис. 1. Пример сложного перелома с осколком (а.) и острым сколом (b.). В отличие от осколка, от скола невозможно полностью избавиться хирургическим путем.

Рис. 2. Кальциевый гидроксиапатит – основной неорганический компонент костей и зубов. Также встречается в виде минералов (приведен на заднем плане). Часто его получают синтетическим путем. Хитин выделяют из панцирей разнообразных ракообразных, а крахмал – из ряда сельскохозяйственных культур (картофель, кукуруза, рис и т.д.).

В качестве исходных компонентов были выбраны хитозан (деацетилированный хитин животного происхождения), окисленный крахмал, а также кальциевый гидроксиапатит. Объекты, в которых они встречаются, приведены на рисунке 2. На рисунке 3 приведены формулы и схема получения хитозана и окисленного крахмала. Эти полисахариды являются биоразлагаемыми и органогенными, а также обладают интересной особенностью. Во влажной среде аминогруппа хитозана и альдегидная группа окисленного крахмала образуют связи между собой с образованием т.н. основания Шиффа. Схема реакции приведена на рисунке 4. В то же время кальциевый гидроксиапатит является основным неорганическим компонентом костной ткани.

Рис. 3. Здесь приведены реакции получения хитозана и окисленного крахмала из природного хитина и крахмала соответственно. Обе реакции проходят в нормальных условиях.

Рис. 4. Взаимодействие хитозана и окисленного крахмала с образованием основания Шиффа.

Получение материала проводили следующим образом. Частицы гидроксиапатита предварительно модифицировали 3-аминопропилтриэтоксисиланом (так, на поверхности появилась аминогруппа). Далее их обрабатывали поочередно 3% водным раствором окисленного крахмала и хитозана (по 9 раз каждым, внешний слой – хитозан). После этого часть порошка отделили и дополнительно обработали раствором окисленного крахмала. Обе части были высушены по отдельности и тщательно перемешаны в соотношении 1:1. Сухая смесь для создания костного клея готова. При добавлении воды получается гомогенная паста, частички которой со временем химически скрепляются между собой, а также с костной тканью (за счет ее аминогрупп), образуя сплошной материал. Так, возможно варьировать вязкость пасты, в зависимости от конкретных условий. Биотесты, проведенные с использованием мышиного фибробласта (клетки соединительной ткани) продемонстрировали прекрасную биосовместимость материала. Таким образом, полученный материал не является биотоксичным и может использоваться в качестве биосовместимого костного клея. Результаты тестов приведены на рисунке 5.

Рис. 5. Биотесты с использованием клеток мышиного фибробласта проводились в инкубаторе на протяжении 1, 3 и 6 суток. Исследование проводилось при помощи метода флуоресцентной микроскопии с использованием красителей FDA – Fluorescein diacetate – флюоресцеин диацетат – окрашивающий живые клетки в зеленый свет (УФ) и PI – propidium iodide – пропидиум йодид – окрашивающий мертвые или поврежденные клетки в красный цвет (УФ). Полученные этим методом фотографии приведены слева (А, В и С). Со временем общее количество живых клеток растет (диаграмма D). Также проводилось сопоставление с образцом сравнения (те же клетки фибробласта в тех же условиях, но в отсутствие исследуемого костного клея). На диаграмме Е результаты по образцу сравнения обозначены светло-серым цветом. Как видно, по прошествии 6 дней количество живых клеток в образце с исследуемым материалом превышает их количество в образце сравнения. Таким образом, показана хорошая биосовместимость материала.

По материалам: