В течение нескольких последних лет ученые разрабатывают новую, перспективную стратегию в области регенеративной медицины, в основе которой лежит тканевая инженерия. Основной задачей этой стратегии является конструирование и выращивание вне организма живых тканей или органов, способных нормально функционировать. Их выращивают для последующей трансплантации пациентам – либо для замены, либо для более эффективного лечения различных повреждений организма.
Ученые из Университета Хельсинки (Финляндия) и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Россия) разработали костные каркасы, признанные перспективными материалами в области инженерии костной ткани. Результаты их исследований были опубликованы в январе 2018 г. в издании International Journal of Pharmaceutics International Journal of Pharmaceutics (Ezazi et al., Conductive vancomycin-loaded mesoporous silica polypyrrole-based scaffolds for bone regeneration).
Тканевая инженерия – новое направление науки, сочетающая в себе последние достижения биомедицины, фармакологии и материаловедения. Достижения инженерии костной ткани позволяют исправлять различные широко распространенные клинические проблемы, связанные с дефектами костей.
Ученые предлагают новые подходы, альтернативные предыдущим методам, использующим ауто– и аллотрансплантаты. Инженерия костных каркасов позволяет восстанавливать пористые 3D-структуры поврежденных костей и их физиологические функции. Благодаря этому происходит успешная регенерация новых клеток костной ткани и обеспечивается приток питательных веществ к поврежденному месту, что увеличивает вероятность его успешного излечения.
Финские и российские ученые разработали костные каркасы, состоящие из гидроксиапатита, желатина, полипиррола и мезопористого оксида кремния, которые благодаря своей отличной биосовместимости, остеокондуктивности и потенциальной возможности адресной доставки лекарственных средств представляют большой интерес для инженерии костной ткани.
Синтетический гидроксиапатит уже широко используется в инженерии костной ткани по той причине, что по химическому составу он сходен с гидроксиапатитом в кости. Биосовместимость, остеопроводимость и стимулирование процессов регенерации кости делает это вещество идеальным компонентом для костных каркасов. Но гидроксиапатит обладает существенным для костей недостатком – хрупкостью и, соответственно, плохими механическими свойствами.
Другой компонент, используемый исследователями для создания каркасов, диоксид кремния, также обладает высоким потенциалом для индуцирования процессов минерализации. Это вещество также можно использовать как транспортное средство для доставки лекарства с последующим контролируемым высвобождением.
Еще один из компонентов разработки ученых – желатин, с его замечательной способностью прикреплять остеобласты, молодые клетки кости, формирующие регенерирующую костную ткань.
Связывает все эти компоненты проводящий полимер – полипиррол. Он обладает электрической и термической стабильностью, но ему присущи и серьезные недостатки – хрупкость, плохие механические свойства и отсутствие биодеградируемости. Однако в сочетании с другими материалами, используемыми исследователями для создания костных каркасов, полипиррол можно использовать без какого-либо токсического воздействия на остеобласты.
Образцы материалов на основе желатина, мезопористого силикагеля, гидроксиапатита и полипиррола (+PP). Изображение поверхности материала, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM). Фотография предоставлена Юрием Шаталиным.
Одновременное использование такой комбинации веществ для создания костных каркасов позволило исследователям улучшить свойства выбранных материалов для ускорения регенерации кости и в то же время для продления высвобождения антибактериальных веществ до 4 месяцев с момента введения.
«Свойства полученных материалов сравнивались в разных экспериментах, в которых каркасы, содержащие полипиррол, демонстрировали хорошие механические свойства, более высокую адсорбцию белка и более высокий процент высвобождения модельного антибиотика – ванкомицина в течение длительного времени, по сравнению с непроводящими каркасами, – комментирует исследование один из авторов работы, старший научный сотрудник Лаборатории тканевой инженерии ИТЭБ РАН, кандидат биологических наук Юрий Шаталин. – Остеобласты, клетки костной ткани, помещенные в исследуемые материалы, оставались жизнеспособными в течение 14 дней, что позволяет предполагать их хорошую биосовместимость».
Таким образом, ученые создали новые проводящие композитные костные каркасы, а полученные ими результаты полностью подтверждают их применимость в адресной доставке лекарств и перспективность дальнейшего исследования данных материалов в различных ткане-инженерных приложениях и регенеративной медицине будущего.
Татьяна Перевязова, пресс-служба ИТЭБ РАН
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
