Международная группа ученых с участием профессора МГУ имени М.В. Ломоносова Дмитрия Иванова разработала полимерный материал, способный стать идеальным имплантатом. Результат работы был опубликован в одном из самых цитируемых научных журналов мира Advanced Materials. Статья стала продолжением работы по биомиметическим материалам на основе щёточных сополимеров.

Идеи биомиметических (буквально – подражающих живому) материалов ученые берут из жизни. В данном случае велась работа по созданию полимеров, максимально приближенных по свойствам к тканям человеческого организма. В 2018 году профессор Иванов с коллегами синтезировал и изучил искусственный аналог кожи хамелеона: материал, который менял цвет и прочность в зависимости от механического воздействия. Созданная концепция позволяла создавать полимеры, механические свойства которых точно воспроизводили заданные живые ткани человека и животных.

«Раньше мы показали, что наши полимеры могут воспроизводить механическое поведение живых тканей, – рассказывает профессор Иванов, – причем они могут программироваться. Мы можем воспроизвести любую кривую, соответствующую деформации живых тканей. То есть, наши полимеры тянутся до нужного предела и затем становятся намного прочнее. А сейчас мы добавили к этим системам ещё одну функциональность. Теперь наши «умные» полимеры реагируют ещё на один фактор – температуру. Они твердые при комнатной температуре, но при контакте с живым телом (в данной работе – при 37 градусах Цельсия) они превращаются в жидкость. За счет такого фазового перехода при имплантации полимеры могут растекаться и заполнять полости в организме, создавая имплантат идеальной формы».

Идеал достигается за счёт того, что в полимере рушатся связи между боковыми цепями щеточки. Именно боковые цепи этой щеточки способны кристаллизоваться, создавая твердую кристаллическую фазу. И исследователи подобрали температуру плавления щеточек так, чтобы она соответствовала температуре тела. Такой материал можно сформовать в виде иглы, которая после введения растекается, потому что её механический модуль меняется на несколько порядков. И вместо иголки получается жидкость, способная заполнять полости.

Как пояснил Дмитрий Иванов, температуру фазового перехода можно подбирать с удивительной точностью. Она может колебаться от комнатной до 50–60 градусов Цельсия.

«В данном случае мы сделали порог перехода в районе 37 градусов, настроив его на температуру человеческого тела, но можно подогнать параметры под любых животных».

Сейчас ученые сконцентрированы на том, чтобы понять степень влияния густоты щетки и разветвленности волосков на скорость фазового перехода.

«У нас как раз проходит эксперимент на синхротроне в Гренобле, где мы начали изучать детали фазового перехода с помощью рентгено-структурного анализа».

Как отметил профессор, структурная часть работы сделана в основном в МГУ: «Кое-что сделано в Гренобле, за что им отдельное спасибо, но основная часть работы прошла на дифрактометре Московского университета».

Ещё одним свойством, которое можно использовать в медицине, стало то, что при кристаллизации в иглу из щёточного полимера можно поместить лекарство. И по мере растворения иглы она станет выделять лекарственные вещества:

«Наши материалы достаточно многогранны. Мы можем из этих щеток создавать полимерные сетки. И в зависимости от густоты щёток мы можем менять такие параметры, как скорость высвобождения веществ, внедренных в структуру нашего полимерного кристалла. Эта работа у нас только начинается. Проводить мы её планируем в сотрудничестве с новой лабораторией, создаваемой сейчас на химическом факультете МГУ в рамках мегагранта».