Новый тип материалов для эффективной регенерации костей, кожи и нервной ткани разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ) в составе международного коллектива. По словам авторов, их технология позволяет придать пьезоэлектрическим полимерам новые свойства, востребованные в современной восстановительной медицине.

Результаты опубликованы в журнале Applied Materials Today.

Пьезоэлектрический эффект – способность некоторых материалов преобразовать энергию механической деформации в электрический заряд на поверхности. В организме человека существует множество электрочувствительных клеток и пьезоэлектрических тканей, например, костная. Как объяснили ученые ТПУ, материалы с пьезоэлектрическими свойствами, близкими тканям человека, все более широко используются в современной восстановительной медицине.

Однако пьезополимеры, обладающие нужными свойствами, плохо смачиваются водой и биологическими средами, что препятствуют сцеплению клеток с их поверхностью для эффективной регенерации тканей. Распространенные методы улучшения смачиваемости, по словам ученых ТПУ, приводят к существенному ухудшению пьезоэлектрического отклика. Разработанный ими метод модификации поверхности полимеров полностью лишен этого недостатка.

«Организм имеет возможность восстанавливать костную ткань с помощью электростимуляции клеточных процессов. Имплантат, обладающий пьезоэлектрическими свойствами, позволяет ускорить восстановление таких дефектов кости, как переломы или трещины. Разработанный нами метод изменения поверхности имплантатов – нанесение тонкого слоя особых органических молекул – не только улучшает смачиваемость и реакцию клеток, но и не меняет пьезоэлектрические свойства материала-основы», – объяснил директор научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» исследовательской школы химических и биомедицинских технологий (ИШХБМТ) ТПУ Роман Сурменев.

Добиться улучшения характеристик полимеров удалось за счет нанесения покрытия из ароматических солей диазония, сообщили ученые ТПУ. В работе использовался поли-3-оксибутират, который является биосовместимым и биоразлагаемым пьезоэлектриком, широко применяемым в медицинской практике.

«Контролируя длительность обработки, содержание солей диазония и мощность УФ-источника, используемого для их закрепления на полимере, можно варьировать количество функциональных групп, прививаемых к поверхности имплантанта, тем самым настраивая его параметры для конкретной клинической задачи», – рассказал доцент ИШХБМТ ТПУ Павел Постников.

Наличие на поверхности имплантата пьезоэлектрического заряда, формирующего электрические поля при контакте с тканями организма и тем самым активирующего определенные типы клеток, по словам ученых, позволяет отнести разработку к новому поколению «умных» медицинских материалов. Модифицированные таким образом пьезополимеры можно применять для восстановления костей, кожи и даже нервной ткани, уверены ученые ТПУ.

Исследование проводилось при поддержке РНФ (№18–73–10050) совместно со специалистами Гентского университета (Бельгия). В дальнейшем научный коллектив продолжит исследование свойств полученных материалов, а также разработает на основе представленного метода технологию «загрузки» лекарственных средств на поверхность и в объем имплантата для более эффективной регенерации поврежденных тканей.