Российские учёные создали «рельефные» плёнки для хирургической имплантации

Научная группа из Красноярска и Санкт-Петербурга разработала биополимерные плёнки на основе полигидроксиалканоата (ПГА) — полимерного материала биологического происхождения, исследования которого ведутся на базе Сибирского федерального университета более десяти лет. Существенная разница изготовленных плёнок, принимавших участие в эксперименте, состоит в особом рельефе поверхностей плёнок. Рисунок рельефа возникает в процессе отливки плёнок и зависит от состава ПГА.

«Биополимер создают бактерии. В зависимости от того, чем мы кормим эти микроорганизмы, получаем полимеры различного состава. В основном бактерии производят биополимер поли-3-гидроксибутират, но используя различные добавки получаем его сополимеры с 3-гидроксивалератом, а также 4-гидроксибутиратом и 3-гидроксигексаноатом, которые значительно различаются друг от друга свойствами. В зависимости от рисунка рельефа, который естественным путём получается на каждом из четырёх видов плёнок, зависит, как будут реагировать клетки организма — в частности, насколько интенсивной будет реакция воспаления (а она неизбежна даже на такой низкоаллергенный природный материал, как биополимер)», — рассказала соавтор исследования, младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии новых биоматериалов, ассистент кафедры медицинской биологии СФУ Галина Рыльцева.

Акцент на «воспалительный потенциал» плёнок неслучаен — по словам исследователя, полученными составами можно покрывать различные имплантируемые в организм человека хирургические изделия — в частности, металлические имплантанты для восстановления конечностей при переломах, а также кардиологические, урологические, гастроэнтерологические стенты.

Первая «линия обороны» организма, реагирующая на появление инородного тела — кровь, поэтому учёные изучили, как на плёнки из биополимера реагируют красные кровяные тельца – эритроциты. Важной «мишенью» стали также моноциты — клетки крови, участвующие в обнаружении и уничтожении любого инородного агента, попавшего внутрь человеческого тела. Ещё исследователи изучили реакцию на биоплёнки фибробластов — излишние скопления этих клеток могут приводить к образованию фиброзов и рубцовых изменений в органах и тканях.

«Нужно создать такую структуру поверхности плёнки, которая будет наиболее природоподобной, обладать той пористостью, кристалличностью, рельефом, которые в наибольшей степени поспособствуют нарастанию клеток и формированию здоровой ткани вокруг имплантанта, попутно снижая воспаление. Плёнка должна быть практически «невидима» для организма и в идеале улучшать восстановление и заживление тканей», — продолжила Галина Рыльцева.

Плёнки формируются в лаборатории биотехнологии новых биоматериалов СФУ из порошкообразного биополимера, растворённого в хлороформе. При испарении растворителя образуется плёнка с индивидуальным рельефом поверхности. Каждый из четырёх видов изученных плёнок обладает различного размера порами, разной прочностью и т.д. Именно эти характеристики плёночных покрытий будущих имплантантов должны подавать положительные сигналы клеткам человеческого организма, чтобы быстрее восстанавливались ткани и органы после травмы и (или) оперативного вмешательства.

«Фактически, имитируем с помощью плёнок экстраклеточный матрикс. Если взять любую ткань в организме человека — костную, мышечную, эпителиальную и «убрать» клетки, окажется, что они крепятся на такой вот природный естественный матрикс с уникальной пористой поверхностью. Мы пытаемся добиться подобной структуры с помощью биополимеров, чтобы на них образовывалась такая естественная ткань», — объяснила Галина Рыльцева.

По мнению учёных, следующим шагом может стать разработка биоразлагаемых стентов, востребованных в кардиологии для лечения сосудистых заболеваний. С учётом перспектив исследователи уже изучают реакцию клеток эндотелия (ткани, выстилающей кровеносные и лимфатические сосуды) на биоплёнки с разнообразными поверхностями.

Преимущество творения красноярских исследователей перед аналогичными российскими и зарубежными разработками состоит в наличии пилотного производства биополимера в лаборатории биотехнологии новых биоматериалов.

«Наша бактерия-производитель биополимера — это природный штамм, она уникальна способностью делать «под заказ» ПГА с отличными друг от друга физико-химическими и механическими свойствами. И нам не требуется несколько разных штаммов под разные задачи. Другие биотехнологи используют генномодифицированные штаммы. И требуются дополнительные манипуляции, чтобы произвести биополимеры с заданными свойствами», — заключила Галина Рыльцева.

Испытания проводились на культуре клеток, в дальнейшем плёнки из биополимера с различным рельефом поверхности пройдут проверку in vivo на живых организмах.

Первыми написали Известия