Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» разработали наноматериал, который позволит восстанавливать внутреннюю структуру костей, поврежденных из-за остеопороза и остеомиелита. Особое биоактивное покрытие материала помогло в 3 раза увеличить скорость деления собственных клеток кости. В перспективе его использование позволит отказаться от пересадки костного мозга — пациентам больше не потребуется ожидать подходящих донорских тканей. Статья о разработке опубликована в журнале Applied Surface Science.
Такие заболевания, как остеопороз и остеомиелит, вызывают необратимые дегенеративные изменения в костной структуре, требующие серьезного комплексного лечения, в тяжелых стадиях — хирургического вмешательства и пересадки разрушенного костного мозга. Донорский материал должен обладать целым рядом показателей совместимости и даже близкое родство с донором — не гарантия того, что материал подойдет.
Команда ученых из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» под руководством научного сотрудника лаборатории «Неорганические наноматериалы» Антона Манахова разработала материал, который позволит восстанавливать разрушенные «внутренности» кости без трансплантации костной ткани.
В основе материала — нановолокна поликапролактона, биосовместимого саморассасывающегося материала. Ранее та же команда ученых НИТУ «МИСиС» уже работала с ним — при помощи присоединения к нановолокнам антибиотика удалось изготовить ранозаживляющие повязки, не требующие смены.
«Для того чтобы имплантируемый материал хорошо прижился, требуется не только биосовместимость, но и активация роста собственных клеток организма на поверхности материала. Полимер поликапролактон является гидрофобным материалом, следовательно, при взаимодействии клеток с необработанными нановолокнами, клетки чувствуют себя некомфортно — собираются, подобно каплям воды на гладкой поверхности, медленно делятся», — рассказывает одна из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС», Елизавета Пермякова.
Для повышения гидрофильности материала на него осаждали тонкий слой биоактивной пленки, состоящей из титана, кальция, фосфора, углерода, кислорода и азота (TiCaPCON). При этом структура нановолокон, идентичная поверхности клети, сохранялась. Данные пленки, при погружении в особую солевую среду, по химическому составу идентичную плазме крови человека, способны формировать на своей поверхности особый слой из кальция и фосфора, который в естественных условиях составляет основную часть кости. Благодаря химическому «родству» и структуре нановолокон, на этом слое начинает быстро нарастать новая костная ткань. Самое главное — нановолокна поликапролактона самостоятельно рассасываются спустя какое-то время, выполнив свои функции. В кости остается только новая «родная» ткань.
В экспериментальной части исследования ученые сравнили скорость деления остеобластных костных клеток на поверхности модифицированного и немодифицированного материала. Выяснилось, что модифицированный материал TiCaPCON обладает высокой гидрофильностью — в отличие от немодифицированного, клетки на его поверхности чувствовали себя явно свободнее, и делились в три раза быстрее.
По мнению ученых, такие результаты открывают большие перспективы для дальнейшей работы с модифицированными нановолокнами поликапролактона в качестве альтернативы трансплантационному костному материалу.
