Полимерные Скэффолды

Полимерные Скэффолды

В настоящее время в медицине остро стоит вопрос о создании в лабораторных условиях искусственных тканей, воспроизводящих функции и структуру живых тканей в течение ограниченного промежутка времени. Поэтому разработка биодеградируемых полимерных объемных (3-Д) матриксов является важной областью биоинженерии.

Биодеградируемые (биоразлагаемые) полимеры – это материалы, способные к саморазрушению под действием микробиологических и химических процессов. Разработка биоматериалов на основе биодеградируемых полимеров позволит создать костные биодеградируемые имплантаты для лечения обширного спектра переломов, способных не только поддерживать и выполнять функции поврежденной кости, но и стимулировать её рост, восстановление и заживление. Биодеградируемые имплантаты будут обладать всеми преимуществами традиционных имплантатов (металлов), при этом дополнительным их преимуществом является способность постепенно растворяться в организме до нетоксичных компонентов и выводиться в процессе метаболизма без повторного хирургического вмешательства.

Всё это формирует большой интерес в поиске технологий, ориентированных на конструирование материалов и имплантатов на основе биодеградируемых полимерных материалов.
Цель настоящего научного исследования – это формирование нового гибридного материала с иерархической структурой на основе биодеградируемых полимеров для регенеративной медицины. Новый материал будут обладать градиентной пористостью, чтобы имитировать структуру костной ткани, обладать механическими свойствами схожими со свойствами поврежденного участка кости, повторять химический состав ткани, которая до 90% состоит из фосфатов кальция, а также поверхность будет обеспечивать хорошую клеточную адгезию и прорастание живой ткани в материал.

Работа осуществляется при сотрудничестве Центра технологий Физико-технического института Томского политехнического университета, института Фраунгофера по межфазовой инженерии и биотехнологиям (Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology), в университете Дуйсбург-Эссен (the University of Duisburg-Essen) и в Тезнологическом Университете Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology KIT) в Германии.

Согласно цели научного исследования на базе Центра технологий реализован процесс синтеза и формирования объёмных 3-Д скэффолдов методом электроформования на основе биодеградируемых полимеров: поликапролактона, поли-3-гидроксибутирата и сополимера поли-3-гидроксибутирата с поли-3-гидроксивалератом. Данный метод позволяет синтезировать 3-Д материал волокнистой структуры с контролируемым размером пор и с заданными механическими характеристиками.

В институте Фраунгофера по межфазовой инженерии и биотехнологиям в Германии проводится модифицирование биодеградируемых тонких пленок и 3-Д матриксов на основе биодеградируемых полимеров в высокочастотной реактивной плазме. Исследования показали, что поверхность исходных необработанных материалов имеет гидрофобную природу, плохо смачивается, обладает низкой поверхностной энергией, что приводит к плохой клеточной адгезии на поверхности материалов. После плазменной обработки у полимерных пленок и 3-Д матриксов значительно улучшается смачиваемость и повышается поверхностная энергия, за счет формирование функциональных групп на поверхности. Результаты проведенных исследований по смачиваемости, а также биологические тесты представлены в статьях [Materials Letters 163 (2016) 277–280, Materials Science and Engineering: C, 62 (2016) 450–457].