Нижегородский национальный университет имени Н. И. Лобачевского (ННГУ) использует технологию, подобную природной, для получения материалов, по химическому составу и структуре напоминающих костную ткань человека, производства стоматологических ремонтных паст и биополимерных пленок, способных лечить ожоги, кожные заболевания и даже рак. В данной новостной статье представлена информация об уже имеющихся медицинских применениях и перспективах дальнейших исследований.
Шпионаж за природой
Химики, физики, биологи и ученые-медики совместно работают над созданием материалов, которые были бы максимально приближены к природным и не отторгались бы организмом. Они также хотят, чтобы они обладали терапевтическими свойствами.
Об исследованиях в этом направлении рассказали сотрудники кафедры аналитической медицинской химии химического факультета ННГУ.
Химики, физики, биологи и ученые-медики совместно работают над созданием материалов, которые были бы максимально приближены к природным и не отторгались бы организмом. Они также хотят, чтобы они обладали терапевтическими свойствами.
Об исследованиях в этом направлении рассказали сотрудники кафедры аналитической медицинской химии химического факультета ННГУ.
Искусственная кость
При сложных переломах, костных инфекциях и опухолях часто возникает необходимость восстановления утраченной костной ткани. Для этого используются кости пациентов или доноров. Сбор костного материала — сложный и опасный процесс, и нет никакой гарантии, что трансплантат приживется. Поэтому мечтой медиков является универсальный синтетический материал, близкий к человеческой кости, из которого можно было бы изготавливать биосовместимые имплантаты методом литья, точения и 3D-печати.
С химической точки зрения костная ткань представляет собой органико-неорганический композиционный материал. Ее основными компонентами являются гидроксиапатит (гидроксифосфат кальция), образующий минеральный скелет, и коллагеновые волокна, обеспечивающие гибкость и проницаемость. У взрослого человека гидроксиапатит составляет 60−70% массы кости. Остальные 30−40% приходятся на органические вещества, в первую очередь на коллаген I типа (волокнистый белок соединительной ткани, отвечающий за рост и пролиферацию клеток).
При сложных переломах, костных инфекциях и опухолях часто возникает необходимость восстановления утраченной костной ткани. Для этого используются кости пациентов или доноров. Сбор костного материала — сложный и опасный процесс, и нет никакой гарантии, что трансплантат приживется. Поэтому мечтой медиков является универсальный синтетический материал, близкий к человеческой кости, из которого можно было бы изготавливать биосовместимые имплантаты методом литья, точения и 3D-печати.
С химической точки зрения костная ткань представляет собой органико-неорганический композиционный материал. Ее основными компонентами являются гидроксиапатит (гидроксифосфат кальция), образующий минеральный скелет, и коллагеновые волокна, обеспечивающие гибкость и проницаемость. У взрослого человека гидроксиапатит составляет 60−70% массы кости. Остальные 30−40% приходятся на органические вещества, в первую очередь на коллаген I типа (волокнистый белок соединительной ткани, отвечающий за рост и пролиферацию клеток).
Перед ННГУ была поставлена задача воспроизвести подобные композиционные материалы в лабораторных условиях. Сначала была решена проблема синтеза гидроксиапатита. Для этого была создана специальная реакционная установка
Доктор химических наук, профессор Александр Князев поясняет. — Основная сложность заключалась в том, чтобы точно выдержать параметры синтеза гидроксиапатита, особенно кислотность и температуру. Даже малейшее отклонение приводит к получению совершенно других соединений".
Следующим шагом было экспериментальное определение того, при каких условиях минералы и органические вещества осаждаются вместе. В качестве сырья для волокон были использованы полисахариды из отходов перерабатывающей промышленности и рыбный коллаген. Рыбный коллаген превосходит бычий коллаген, который обычно используется в таких случаях. — Он гипоаллергенен, трансдермален, проникает через кожу и быстро поступает в кровь. Он на 96% идентичен человеческому белку. Это также коллаген I типа, он содержит большое количество аминокислот глицина и пролина, которые необходимы для синтеза ДНК и РНК".
Это вещество производится в виде геля и после сушки измельчается в порошок. В итоге получается твердый, губчатый, пористый композитный материал, похожий на натуральную кость. Он может быть использован для создания каркаса (скаффолда) для имплантатов, в котором может прорастать соединительная ткань и течь кровь. Коллаген обеспечивает биосовместимость.
Для повышения биоактивности в матрицу из гидроксиапатита и коллагеновых волокон ученые предлагают добавлять вещества, способствующие заживлению костной ткани, противоопухолевые и другие терапевтические агенты.
Для повышения биоактивности в матрицу из гидроксиапатита и коллагеновых волокон ученые предлагают добавлять вещества, способствующие заживлению костной ткани, противоопухолевые и другие терапевтические агенты.
Источник: ria.ru
