Российские ученые создали необычные биоматериалы

В Нижегородском государственном университете (ННГУ) имени Н. И. Лобачевского с помощью природоподобных технологий получают материалы, аналогичные по химическому составу и структуре костной ткани человека, изготавливают восстанавливающие пасты для зубов, а также биополимерные пленки, способные лечить ожоги, кожные заболевания и даже рак. Расскажем, что уже можно применить в медицине, а также о перспективах дальнейших исследований.

Химики, физики, биологи и медики вместе разрабатывают материалы, максимально соответствующие природным, не отторгаемые организмом. Желательно также, чтобы они еще обладали и терапевтическими свойствами.

Об исследованиях в этом направлении рассказали на кафедре аналитической и медицинской химии химического факультета ННГУ.

При лечении костных дефектов, когда требуется восстановить утраченную костную ткань используют кость самого пациента либо донора. Взятие костного материала – сложная и рискованная операция, причем без гарантии, что трансплантат приживется. Поэтому врачи уже давно широко применяют универсальные синтетические материалы, близкие к человеческой кости.

С точки зрения химии, костная ткань – это органо-неорганический композитный материал. Основные компоненты: гидроксиапатит (гидроксифосфат кальция), образующий минеральный каркас, и коллагеновые волокна, обеспечивающие упругость и проницаемость. У взрослого человека на гидроксиапатит приходится 60-70% веса костей. Остальные 30-40 — органическое вещество, главным образом коллаген типа I — фибриллярный белок соединительной ткани, отвечающий за рост и пролиферацию клеток.

На стоматологическом рынке присутствует широкий спектр костнозаместительных материалов импортного производства – Швейцарии, Германии, США, Италии, Кореи, многие из которых сегодня стали труднодоступны.

В ННГУ поставили перед собой задачу воспроизвести такой композитный материал в лаборатории. Сначала решили проблему синтеза гидроксиапатита. Для этого собрали специальную реакторную установку.

"Туда подают исходные вещества — нитрат кальция и фосфорную кислоту, — объясняет заведующий кафедрой, доктор химических наук, профессор Александр Князев. — Главная сложность заключалась в том, чтобы точно выдержать параметры синтеза гидроксиапатита, прежде всего кислотность и температуру. Даже небольшие отклонения приводят к появлению совсем других соединений".

На следующем этапе экспериментально установили, при каких условиях совместно осаждаются минеральная и органическая части. В качестве сырья для волокон взяли полисахариды и рыбный коллаген из отходов перерабатывающей промышленности.

"Рыбный коллаген лучше, чем бычий, который обычно применяют в таких случаях, — уточняет доцент Виталий Корокин. — Гипоаллергенный, с трансдермальными свойствами — проникает через кожу и быстрее попадает в кровоток. На 96% идентичен человеческому белку. Тоже коллаген типа I. В нем много аминокислот — глицина и пролина, необходимых для синтеза элементов ДНК и РНК".

Это вещество получают в виде геля, который после высыхания превращается в порошок. Конечный продукт представляет собой пористый композитный материал типа твердой губки, похожий на натуральную кость. Из него можно создавать каркасы (скаффолды) для имплантатов, куда будет прорастать соединительная ткань и поступать кровь. Коллаген обеспечит биосовместимость.

Для усиления биоактивности в матрицу гидроксиапатита и коллагеновых волокон ученые предлагают добавлять вещества, способствующие заживлению костной ткани, противоопухолевые и другие терапевтические препараты.

"Материал можно использовать в челюстно-лицевой хирургии, — рассуждает Корокин. — Сейчас практически нет отечественных решений для восстановления тканей челюсти. Если из нашего материала сделать каркас определенной формы, на нем образуется соединительная ткань и он врастет в кость, а затем рассосется, поставляя параллельно ионы кальция, фосфора и коллаген".

Новый материал пригодится и в стоматологии — для реставрации, лечения кариеса и восполнения крупных дефектов зубной ткани, которая тоже состоит из гидроксиапатита и коллагена.

"Гидроксиапатит применяется в зубных пастах для укрепления зубной эмали, — продолжает ученый. Но наша мечта — полностью "химический" зуб. Пока каркас покрывается тканью, а материал стимулирует реминерализацию, зуб словно вырастает заново".

Источник: РИА Новости