Международный коллектив ученых с участием исследователей НИТУ МИСИС предложил альтернативный наполнитель костных «3D-каркасов» на основе силиката кальция. Материал препятствует образованию биопленки бактерий на поверхности каркаса и в перспективе может применяться для имплантатов малонагруженных костей, например, черепа. Исследование поддержано грантом РНФ. Результаты работы опубликованы в научном журнале Polymer.
В настоящее время биополимеры широко используются в медицине. Особый интерес для ученых и врачей, работающих области реконструктивной хирургии, представляет разработка и производство полимерных скаффолдов — «каркасов», которые служат основой для восстановления костной ткани. Для лучшей приживаемости такие скаффолды обычно заселяются клетками пациента.
Материалы для каркасов должны быть не только биологически совместимыми с организмом человека, но и способствовать процессу регенерации ткани и обладать антибактериальной активностью – препятствовать распространению бактерий на поверхности скаффолдов. Поэтому одной из основных задач тканевой инженерии является изучение и создание новых материалов для печати каркасов.
Группа ученых под руководством директора Научно-образовательного центра биомедицинской инженерии Университета МИСИС Фёдора Сенатова и Раджана Чоудхари из Рижского технического университета изготовила два вида костных скаффолдов с использованием технологии 3D-печати на основе композиционноых материалов полилактида и волластонита (PLA/Wol) и полилактида и гидроксиапатита (PLA/HAp).
Далее материаловеды исследовали механические характеристики, возможность заселения напечатанных каркасов мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК, клетки, приближенные к клеткам костной ткани) и антибактериальную активность скаффолдов в физиологической среде – условиях, сопоставимых с условиями в организме.
Результаты исследования показали, что химический состав скаффолдов значительно влияет на адгезию – прикрепление микробных клеток к поверхности.
«Скаффолды на основе PLA/Wol показали более низкие механические характеристики по сравнению со скаффолдом PLA/HAp. В то же время волластонит препятствовал образованию биопленки бактерий кишечной палочки, а ММСК были колонизированы на поверхности. Это наблюдение подтверждает, что волластонит обладает как бактерицидными, так и цитосовместимыми свойствами и является альтернативным наполнителем в композиционных материалах на основе полимеров для изготовления скаффолдов по технологии 3D-печати», – рассказал соавтор работы, сотрудник научно-образовательного центра биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС, Владислав Львов.
В будущем, такие скаффолды могут найти свое применение в хирургии в качестве имплантатов малонагруженных костей, например, костей черепа. В ближайших планах научной группы – множественные предварительные исследования и испытания.