В течение нескольких последних лет ученые разрабатывают новую, перспективную стратегию в области регенеративной медицины, в основе которой лежит тканевая инженерия. Основной задачей этой стратегии является конструирование и выращивание вне организма живых тканей или органов, способных нормально функционировать. Их выращивают для последующей трансплантации пациентам - либо для замены, либо для более эффективного лечения различных повреждений организма. Ученые из Университета Хельсинки (Финляндия) и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Россия) разработали костные каркасы, признанные перспективными материалами в области инженерии костной ткани. Результаты их исследований были опубликованы в январе 2018 г. в журнале International Journal of Pharmaceutics.
Тканевая инженерия — новое направление науки, сочетающая в себе последние достижения биомедицины, фармакологии и материаловедения. Достижения инженерии костной ткани позволяют исправлять различные широко распространенные клинические проблемы, связанные с дефектами костей. Ученые предлагают новые подходы, альтернативные предыдущим методам, использующим ауто- и аллотрансплантаты. Инженерия костных каркасов позволяет восстанавливать пористые 3D-структуры поврежденных костей и их физиологические функции. Благодаря этому происходит успешная регенерация новых клеток костной ткани и обеспечивается приток питательных веществ к поврежденному месту, что увеличивает вероятность его успешного излечения.
Финские и российские ученые разработали костные каркасы, состоящие из гидроксиапатита, желатина, полипиррола и мезопористого оксида кремния, которые благодаря своей отличной биосовместимости, остеокондуктивности и потенциальной возможности адресной доставки лекарственных средств представляют большой интерес для инженерии костной ткани.
Синтетический гидроксиапатит уже широко используется в инженерии костной ткани по той причине, что по химическому составу он сходен с гидроксиаппатитом в кости. Биосовместимость, остеопроводимость и стимулирование процессов регенерации кости делает это вещество идеальным компонентом для костных каркасов. Но гидроксиаппатит обладает существенным для костей недостатком — хрупкостью и, соответственно, плохими механическими свойствами. Другой компонент, используемый исследователями для создания каркасов - диоксид кремния, также обладает высоким потенциалом для индуцирования процессов минерализации. Это вещество также можно использовать как транспортное средство для доставки лекарства с последующим контролируемым высвобождением. Еще один из компонентов разработки ученых - желатин, с его замечательной способностью прикреплять остеобласты, молодые клетки кости, формирующие регенерирующую костную ткань. Связывает все эти компоненты проводящий полимер — полипиррол. Он обладает электрической и термической стабильностью, но ему присущи и серьезные недостатки - хрупкость, плохие механические свойства и отсутствие биодеградируемости. Однако в сочетании с другими материалами, используемыми исследователями для создания костных каркасов, полипиррол можно использовать без какого-либо токсического воздействия на остеобласты.
Одновременное использование такой комбинации веществ для создания костных каркасов позволило исследователям улучшить свойства выбранных материалов для ускорения регенерации кости и в то же время для продления высвобождения антибактериальных веществ до 4 месяцев с момента введения. «Свойства полученных материалов сравнивались в разных экспериментах, в которых каркасы, содержащие полипиррол, демонстрировали хорошие механические свойства, более высокую адсорбцию белка и более высокий процент высвобождения модельного антибиотика - ванкомицина в течение длительного времени, по сравнению с непроводящими каркасами, - комментирует исследование один из авторов работы, старший научный сотрудник Лаборатории тканевой инженерии ИТЭБ РАН, кандидат биологических наук Юрий Шаталин. - Остеобласты, клетки костной ткани, помещенные в исследуемые материалы, оставались жизнеспособными в течение 14 дней, что позволяет предполагать их хорошую биосовместимость».
Таким образом, ученые создали новые проводящие композитные костные каркасы, а полученные ими результаты полностью подтверждают их применимость в адресной доставке лекарств и перспективность дальнейшего исследования данных материалов в различных ткане-инженерных приложениях и регенеративной медицине будущего.
Источник:
Nazanin Zanjanizadeh Ezazi, Mohammad-Ali Shahbazi, Yuri V. Shatalin, et.al. Conductive vancomycin-loaded mesoporous silica polypyrrole-based scaffolds for bone regeneration. International Journal of Pharmaceutics, 30 January 2018, Is. 1, V. 536, P. 241-250 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2017.11.065
Материал подготовила:
Татьяна Перевязова
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru
Галерея
