Пьезоэлектрики восстановят костную ткань

10.07.2018

Ученые из Томского политехнического университета (ТПУ) разработали каркасы из пьезоэлектрического полимера для восстановления костей. Новые композиты хорошо приживаются в организме. Создаваемые ими электроимпульсы стимулируют рост костной ткани, ускоряя ее восстановление. Использовать такие конструкции можно в имплантах и в качестве повязок на раны, сообщают «Известия».

Пьезоэлектрики — материалы, из которых можно буквально выдавить электричество: заряд появляется в них при сжатии или растяжении. Сегодня такие вещества широко используются в электронике. И ученые находят им всё новые применения — в частности, в медицине. Российские химики придумали, как с помощью пьезоэлектрических полимеров изготовить так называемые скаффолды. Это трехмерные пористые или волокнистые матрицы, выполняющие функцию механического каркаса для роста клеток. Слово scaffold переводится с английского как «строительные леса».

Как рассказал директор научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Роман Сурменов, электрические заряды, которые возникают в полученных конструкциях, стимулируют клетки, побуждая их к росту и делению.

«Только пьезоэлектрические материалы способны генерировать электроток при давлении без внешних источников электроэнергии. Поэтому полимеры с подобными свойствами — одни из наиболее перспективных для регенерации костных тканей», — сообщил Роман Сурменов.

Ученые сравнили свойства трех типов материала для создания биодеградируемых (постепенно растворяющихся в организме) каркасов: обычный, из пьезоэлектрического полимера и из него же с добавлением биоактивных наночастиц.

«Наши исследования показали, что наилучшим оказался третий вариант — гибридный биокомпозит. Мы выбрали полимеры из одной группы полиоксиалканоатов, но с различными электрофизическими свойствами», — отметил ученый.

Специалисты ТПУ расширили возможности композита за счет добавления биоактивных наночастиц на основе гидроксиапатита. Это минеральный компонент скелета, он применяется в ортопедии и стоматологии. На полученный из такого материала каркас ученые «посадили» стволовые клетки, которые в дальнейшем должны были заместить поврежденную костную ткань.

«Эти клетки способны развиваться практически в любые ткани организма. На поверхности биокомпозита с наночастицами оказалось примерно в полтора раза больше живых клеток, чем на других материалах. Их выживаемость через 24 часа на каждом из образцов превышала 80 процентов, а на пьезоэлектрическом полимере с биочастицами оказалась больше 95 процентов», — отметил Роман Сурменов.

Из этого ученые сделали вывод, что пьезоэлектрический композит с добавлением неорганических наночастиц не только является биосовместимым, но и способствует клеточному росту.

Заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и хирургии катастроф Первого МГМУ имени И. М. Сеченова Алексей Лычагин считает исследование интересным. Однако он советует дождаться результатов доклинических и клинических испытаний.

«Многие лаборатории мира проводят эксперименты по поиску технологий и материалов, способствующих активации клеточного роста костной ткани. Насколько мне известно, такого рода оптимистичных заявлений не делал пока никто», — отметил Алексей Лычагин.

Как пояснили в ТПУ, использовать изученные материалы можно в качестве материала для имплантов, исправляющих костные дефекты. Но они также пригодятся для восстановления нервов и в качестве повязок на раны.