Ученые Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга Томского политехнического университета в лабораторных условиях отработали технологию получения биодеградируемых скаффолдов, наполненных и антибактериальными, и противовоспалительными лекарственными средствами. Такие скаффолды — каркасы, которые могут служить как основа для выращивания новых органов и тканей в медицине, так и использоваться в качестве материала для изготовления имплантатов или их некоторых элементов. Антибактериальные средства, введенные внутрь скаффолдов, должны минимизировать риск возникновения заражения при имплантации медицинского изделия.

Модифицирование поверхности биодеградируемых скаффолдов методом реактивного магнетронного распыления

Отметим, этот проект политехников был поддержан грантом Российского научного фонда, и сейчас работы по гранту подходят к завершению.

«Скаффолды играют роль клеточных “домов”. Это, по сути, каркасы для клеток организма, которые они заполняют в процессе регенерации каких-либо повреждений тканей. Сегодня исследователи всего мира работают над получением различных материалов на основе скаффолдов — в медицине их можно использовать для создания имплантатов и их отдельных частей.

При этом нужно понимать, что имплантация медицинских изделий в организм человека всегда связана с риском отторжения имплантата и воспаления, возникновения инфекций. И наша идея заключается в том, что такие скаффолды можно наполнять антибактериальными лекарственными препаратами»,

— говорит руководитель проекта, доцент Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ** Сергей Твердохлебов**.

Политехники работают со скаффолдами, изготовленными из полимеров. Они биодеградируемые и со временем полностью замещаются новыми клетками, растворяясь в организме. И по мере деградации скаффолдов из них высвобождаются лекарственные средства.

В рамках этого проекта политехники разработали скаффолды из поликапролактона, полимолочной кислоты и смесей двух этих соединений. Для проведения экспериментов исследователи использовали два активных соединения с противовоспалительными и антибактериальными свойствами — антибиотик хлорамфеникол и парацетамол. Они могут находиться как непосредственно в самом полимере, так и на поверхности.

«Биоактивные соединения либо внедряются в структуру полимера непосредственно при его создании, либо “пришиваются” на поверхность. Мы это делали двумя способами — физическим и химическим. В первом случае обрабатывали полимер в плазме магнетронного разряда, под его воздействием молекулы лекарственных соединений прикреплялись к поверхности скаффолдов. Во втором случае мы использовали метод “мокрой химии” — обрабатывали поверхность полимеров смесью органических растворителей. Поверхность становилась более податливой для химических реакций с лекарствами», — поясняет ученый.

Плазменное модифицирование с целью иммобилизации гиалуроновой кислоты на поверхности биодеградируемых скаффолдов и их влияние на первичные макрофаги человека

Этими же методами ученые влияли на скорость деградации полимера.

«И плазма, и растворители могут разрушать связи в полимере, за счет чего он быстрее деградирует. А можно с их помощью наоборот нанести защитное покрытие на полимер, чтобы он медленнее деградировал. Эти же методы позволили нам существенно увеличить гидрофильность поверхности полимеров, а это напрямую влияет на их взаимодействие с клетками. Ведь на более гидрофильную поверхность лучше наносятся дополнительные биоактивные соединения, улучшающие приживаемость имплантата», — говорит Сергей Твердохлебов.  

Также политехники провели эксперименты с клетками крови — макрофагами. Исследователям нужно было выяснить, как клетки реагируют на разработанные полимерные скаффолды, — вызывают ли они отторжение и воспалительные реакции. Эксперименты показали, что полученные материалы не приводят к активации провоспалительного сигнального пути.  

«В целом работа по проекту позволила создать научный и технологический задел для разработки новых и усовершенствованных композиционных материалов с модифицированной поверхностью широкого спектра применения.

И полученные результаты могут применяться не только в медицине для создания систем адресной доставки биологически активных препаратов, но и при создании смарт-материалов для использования в экстремальных условиях — в химической и в других отраслях промышленности»,

— добавляет руководитель проекта.

Эффективность разработанных скаффолдов подтверждена медико-биологическими исследованиями, проведенными соисполнителями проекта, — специалистами Томского государственного университета и Национального медицинского исследовательского центра имени В.А. Алмазова.   

Как отмечают исследователи, планируемое количество публикаций по этому проекту, опубликованных участниками научного коллектива, в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях перевыполнено в два раза, что позволяет надеяться на решение о продлении проекта.