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.