Сибирские учёные изобрели материал для создания «запчастей» для человека

Биофизики из Красноярска и Томска разработали уникальный биополимер для нужд медицины, который восстанавливает живые ткани. Если делать из него трехмерные конструкции для имплантации, то постепенно они растворятся, а на их месте появится естественная ткань. Это открывает перед новым материалом широкие перспективы применения в современной медицине.

В Красноярском Институте биофизики Сибирского отделения РАН научились синтезировать особые биополимеры, которые легко взаимодействуют с клетками человеческого организма и биологически совместимы с ним.

«Биополимеры – это вещества, состоящие из повторяющихся одинаковых звеньев, соединенных в длинные молекулы, которые уже существуют в природе в естественном виде, — поясняет «Совершенно секретно» биохимик, кандидат химических наук Александр Долгодворов. – Типичные биополимеры – это белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды или лигнин, которые присутствуют в большинстве живых организмов. Важно, что все такие биопластики разлагаются в естественных условиях».

Красноярские ученые взяли для работы один из природных биополимеров – полигидроксибутерат. Это вещество при определенных условиях вырабатывают некоторые виды бактерий. Если его выделить из других продуктов их метаболизма, то его можно использовать для самых различных целей.

Одно из самых перспективных применений природного пластика – сельское хозяйство. Но еще более привлекательно выглядит его использование в медицинских целях. Из него можно делать покрытия для открытых ран, ортопедические штифты, конструкции для восстановления хрящей и суставов, стенты – каркасы для сосудов сердца, матриксы для трансплантологии – материалы, позволяющие выращивать новые органы. Главное здесь, чтобы биополимер хорошо взаимодействовал с клетками соединительной ткани организма – так называемыми фибропластами.

«Когда любую искусственную конструкцию помещают в организм человека, принципиально важно, чтобы она способствовала регенерации, а не замедляла её, была биосовместимой с ним, – рассказывает «Совершенно секретно» врач-трансплантолог, кандидат медицинских наук Игорь Епишин. — Когда на открытую рану накладывается пленка из биополимера, то на время она замещает повреждённый участок ткани. Однако со временем на этом месте должна сформироваться естественная ткань, для чего и необходимо взаимодействие с фибропластами. Когда плёнка из биополимера начнёт растворяться, клетки должны свободно «расти» на её поверхности, постепенно занимая освобождающееся пространство и замещая плёнку. Точно такой же процесс должен происходить, когда конструкции из биопластика помещают, к примеру, в сустав. Кстати, особенно они незаменимы при операциях на печени или на желчном пузыре. Если в эти органы установить, к примеру, титановые конструкции, то они повредят их мягкую ткань. А биопластик гибок, к тому же постепенно растворяется, не повреждая естественные клетки».

Однако поверхность биополимера, с которым работают в институте биофизике СО РАН, оказалась гидрофобной, то есть отталкивающей воду. С фибропластами она взаимодействовала плохо, и процесс заживления из-за этого шёл медленно. Тогда учёные сумели создать технологию, позволившую улучшить сцепление между биополимером и фибропластами, и за счёт этого стимулировать их рост. Для этого они модифицировали поверхность биополимера, изменив ее форму и заряд с помощью плазменного разряда в атмосфере из чистого кислорода или аммиака.

«Использование плазмы позволило получить обнадёживающие результаты, – говорит «Совершенно секретно» один из авторов изобретения, доктор биологических наук Татьяна Волкова. — Мы сумели изменить свойства поверхности биополимера, повысив ее гидрофильность. Пока опыты ведутся с плёнками, но в дальнейшем они будут проводиться и с трёхмерными изделиями, созданными для нужд реконструктивной медицины – матриксами из биополимера».

Работу в этом направлении красноярские ученые ведут совместно с коллегами из Томска и Германии. Чтобы новый биопластик нашёл практическое применение, вскоре будут проведены клинические испытания инновационного материала. 

Анна ГРУШНИЦКАЯ