Ученые Томского политехнического университета предложили новый способ модифицирования поверхности биодеградируемых полимерных скаффолдов из поликапролактона — каркасов, которые служат основой для выращивания новых органов и тканей. Он позволяет создавать тканеинженерные скаффолды с повышенной биосовместимостью для тканевых сосудистых трансплантатов, использующихся, например, в кардиологии. Результаты исследования опубликованы в журнале американского физического института (American Institute of Physics) Applied Physics Letters (IF: 3,411, Q1); (исследование проводится в рамках гранта РНФ — прим. ред. сайта rscf.ru)
Напомним, политехники ведут работы по созданию и модифицированию своеобразных клеточных «домов» — скаффолдов из полимеров. Новые материалы можно эффективно использовать для выращивания новых органов и тканей. Ранее ученые одними из первых предложили новый способмодифицирования биодеградируемых полимерных скаффолдов из полимолочной кислоты.
В новом исследовании, проведенном совместно с коллегами из Томского национального исследовательского медицинского центра и Национального медицинского исследовательского Центра им. В. А. Алмазова (Санкт-Петербург), ученые использовали другой, более «трудный», материал для создания тканеинженерных скаффолдов — поликапролактон (биоразлагаемый полиэфир с низкой температурой плавления, экологичен и не токсичен — ред.).
«Поликапролактон (PCL) является одним из наиболее подходящих синтетических полимеров для использования в кардиохирургии. Он дешевле, чем полимолочная кислота. Но есть и ряд недостатков. К примеру, у полимолочной кислоты температура плавления намного выше, поэтому она более стабильна в экстремальных условиях. Кроме того, у поликапролактона довольно низкая скорость эндотелизации (покрытие каркаса стента клетками, выстилающими внутренний просвет сосуда — ред.) и деградации. При этом свойства скаффолдов из PCL обычно пытаются улучшить более дорогими и сложными биологическими способами. Мы же предложили другой подход — плазменное модифицирование, так как физическая обработка позволяет экономичнее, проще и эффективнее улучшить свойства материалов. Этот метод может стать альтернативой для более сложных и дорогих биологических способов или основой для дальнейшего совершенствования технологий», — рассказывает руководитель научного коллектива, доцент Научно-образовательного центра Б. П. Вейнберга Сергей Твердохлебов.
Добавим, для модифицирования поверхности скаффолдов ученые использовали установку магнетронного распыления. В процессе опыта поверхность материалов обрабатывалась плазмой для получения тонкого покрытия из титана в атмосфере азота. Экспериментальная часть заняла около полугода.
По словам исследователей, магнетронные распылительные системы относятся к системам диодного типа. Распыление материала в них происходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа, образующимися в плазме аномального тлеющего разряда.
Одной из важных особенностей процесса плазмохимического модифицирования полимерных материалов, вызывавшей у ученых особый интерес, является то, что изменениям подвергаются только обрабатываемая поверхность материала и очень тонкий приповерхностный слой, толщина которого составляет от 100 Å (Ангстрем) до нескольких микрон.
«В рамках данной статьи было исследовано влияние обработки плазмой на структуру и свойства скаффолдов из PCL. Выяснено, что обработка плазмой не изменяет механические, физико-химические и электрофизические свойства полимерных скаффолдов. При этом в зависимости от состава газа, его давления, длительности и напряжения разряда, природы материала поверхности можно добиться изменения ряда контактных свойств. В ходе исследования выявлено, что обработка плазмой приводит к увеличению биосовместимости и повышению гидрофильности. Кроме того, наши коллеги из медицинских учреждений отмечали хороший рост клеток. Все эти результаты расширяют возможности использования скаффолдов из PCL для медицинских целей», — поясняет одна из авторов статьи, инженер лаборатории плазменных гибридных систем Валерия Кудрявцева.
В процессе работы ученые ТПУ также подобрали оптимальное время обработки плазмой скаффолдов, способствующее адгезии (способность клеток слипаться друг с другом и с различными субстратами, обусловленная специфическими белками — ред.) клеток, улучшению биосовместимости и гидрофильности без потери механических свойств. Основная часть работы проводилась на базе Томского политеха, а изучение адгезии клеток — в Национальном медицинском исследовательском Центре им. В. А. Алмазова.
«Использование плазменных источников для модифицирования полимерных материалов биомедицинского применения является новым подходом. Наша группа начала использовать его одной из первых в научном мире. Сейчас нам удалось выявить режимы, при применении которых можно достигнуть оптимальных результатов. По сути, нами закладываются научные основы новой технологии и технологического оборудования. При этом помимо лабораторных мы изготавливаем и опытно-промышленные установки плазменного модифицирования медицинских изделий. Это уникальное оборудование с несколькими источниками плазмы, но оно достаточно универсальное. И мы уже изготавливаем на нем опытные образцы для медицинских учреждений. Таким образом мы работаем одновременно и над изготовлением составляющих для материалов, и над их модифицированием, и над научной составляющей», — подчеркнул Сергей Твердохлебов.
Источник http://rscf.ru