Отправить новость
647 просмотров Версия для печати

Томские каркасы для регенерации костной ткани исследовали на синхротроне в Германии

Ученые Томского политехнического университета разрабатывают современные скаффолды, играющие роль каркасов в регенеративной медицине для замещения дефектов костных тканей, полученных в результате травм или несчастных случаев. Используя различные сочетания биоматериалов, политехники создают безопасные и эффективные скаффолды. Недавно аспирантка, инженер-исследователь Центра технологий ТПУ Светлана Городжа провела серию экспериментов на синхротроне — циклическом ускорители частиц — ANKA в Германии, которые впервые позволили получить детальное представление о внутренней структуре 3D-конструкций скаффолдов. Исследование молодого ученого было признано лучшим в престижном конкурсе программы немецко-российского междисциплинарного научного центра G-RISC, финансируемого Германской службой академических обменов (DAAD).

Фото: Полимерный скаффолд, обогащенный кремнийзамещенным гидроксиапатитом.

Центр G-RISC поддерживает научно-исследовательские проекты студентов и аспирантов России и Германии. Участие в программе центра позволило Светлане пройти стажировку в Технологическом институте Карлсруэ (Германия) в научном коллективе под руководством профессора Тило Баумбаха (член Международного научного совета ТПУ) и провести исследования в стенах международного комплекса — синхротрона ANKA.

«Заживление костных дефектов проходит довольно медленно. Для ускорения процесса регенерации последнее время все актуальнее становится создание специальных биодеградируемых конструкций, так называемых “скаффолдов”. Внедрение такого рода конструкций в дефект костной ткани обеспечивает механическую поддержку клеток, которые активно участвуют в регенерации ткани. Скаффолд постепенно замещается новообразованной тканью, затем со временем растворяется и выводится из организма в результате естественных процессов», — рассказывает Светлана Городжа.

К скаффолдам предъявляется ряд требований: они должны обладать механическими свойствами, близкими к свойствам костной ткани, состоять из нетоксичного материала, быть биоактивными со взаимосвязанной пористой структурой, обладать адгезивной поверхностью (адгезия — сцепление поверхностей), а также деградировать со скоростью, соответствующей росту костной ткани.

Скаффолды, разрабатываемые в Центре технологий Томского политеха, представляют собой композитные мембраны, изготовленные из биосовместимого полимера, который обладает длительным сроком биорезорбции — рассасывания, деградации. Однако у многих полимеров, используемых в биомедицине, есть большой недостаток — они гидрофобные, а значит, живые клетки плохо прикрепляются к их поверхности. Чтобы решить эту проблему, ученые добавляют к полимеру модифицированный гидроксиапатит — это естественная неорганическая составляющая костей, а для улучшения его биоактивности — приживаемости, в него добавляют различные добавки — например, кремний, стронций, магний, которые также содержатся в небольшом количестве в костных тканях организма.

Фото: скаффолд без добавленных частиц. 

«До внедрения в человеческое тело скаффолды, безусловно, должны быть хорошо изучены различными методами. Моя работа в Германии была направлена на применение высокоразрешающей компьютерной томографии для исследования внутренней структуры полимерного 3D-скаффолда, обогащенного кремнийзамещенным гидроксиапатитом различной концентрации. Томография позволяет увидеть внутреннюю пористую структуру конструкции и провести детальный качественный и количественный анализ.

На синхротроне можно получить информацию о структуре скаффолда на субмикронном уровне, в Томске просто нет такой технической возможности»,

— поясняет молодой ученый.

Как отмечает научный руководитель проекта, начальник Центра технологий ТПУ Роман Сурменев, скаффолды — это крайне перспективное научное направление. На сегодняшний день в области регенеративной медицины ведутся активные поиски перспективных биоматериалов и новых методов для создания 3D-скаффолдов, которые позволят решить различные задачи в персонифицированной медицине, и исследования ученых Томского политеха занимают значимое место в этом направлении.

«В данный момент нашими коллегами из Саратова проводятся биологические эксперименты на лабораторных крысах с целью определения эффективности композитных скаффолдов, содержащих в своем составе модифицированный гидроксиапатит с добавлением кремния и других микроэлементов.

Наши конструкции показывают очень хорошие результаты и являются перспективными для ускорения регенерации костных тканей», — говорит научный руководитель проекта Роман Сурменев.

Фото: Профессор Александр Шикин — научный организатор программы с российской стороны; Юлия Егорова — административный координатор с российской стороны; Светлана Городжа; доктор Экарт Рюль — научный организатор с немецкой стороны (слева направо). 

Справка:

Немецко-российский междисциплинарный научный центр G-RISC создан с целью интенсификации и углубления российско-немецкого междисциплинарного научного сотрудничества в рамках научно-исследовательской и образовательной деятельности в областях физики, физической химии, геофизики, астрофизики, биофизики, математики и является престижным международным проектом, призванным значительно повысить уровень международной кооперации молодых ученых. Деятельность G-RISC финансируется Германской службой академических обменов (DAAD).

В 2017 году лучшими в программе G-RISC в России были признаны пять проектов. Проект аспирантки ТПУ Городжа был признан одним из лучших в номинации «Best Project in Materials Science».

Всего за последние два года сотрудниками Центра технологий ТПУ было выиграно более 10 стипендий G-RISC.

Заметили ошибку?
Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter