Ученые отработали технологию получения медицинских материалов, наполненных антибактериальными лекарствами

| 646

Ученые Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга Томского политехнического университета в лабораторных условиях отработали технологию получения биодеградируемых скаффолдов, наполненных и антибактериальными, и противовоспалительными лекарственными средствами. Такие скаффолды — каркасы, которые могут служить как основа для выращивания новых органов и тканей в медицине, так и использоваться в качестве материала для изготовления имплантатов или их некоторых элементов. Антибактериальные средства, введенные внутрь скаффолдов, должны минимизировать риск возникновения заражения при имплантации медицинского изделия.

Фото: Модифицирование поверхности биодеградируемых скаффолдов методом реактивного магнетронного распыления

Отметим, этот проект политехников был поддержан грантом Российского научного фонда, и сейчас работы по гранту подходят к завершению.

«Скаффолды играют роль клеточных “домов”. Это, по сути, каркасы для клеток организма, которые они заполняют в процессе регенерации каких-либо повреждений тканей. Сегодня исследователи всего мира работают над получением различных материалов на основе скаффолдов — в медицине их можно использовать для создания имплантатов и их отдельных частей.

При этом нужно понимать, что имплантация медицинских изделий в организм человека всегда связана с риском отторжения имплантата и воспаления, возникновения инфекций. И наша идея заключается в том, что такие скаффолды можно наполнять антибактериальными лекарственными препаратами»,

— говорит руководитель проекта, доцент Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ Сергей Твердохлебов.

Политехники работают со скаффолдами, изготовленными из полимеров. Они биодеградируемые и со временем полностью замещаются новыми клетками, растворяясь в организме. И по мере деградации скаффолдов из них высвобождаются лекарственные средства.

В рамках этого проекта политехники разработали скаффолды из поликапролактона, полимолочной кислоты и смесей двух этих соединений. Для проведения экспериментов исследователи использовали два активных соединения с противовоспалительными и антибактериальными свойствами — антибиотик хлорамфеникол и парацетамол. Они могут находиться как непосредственно в самом полимере, так и на поверхности.

«Биоактивные соединения либо внедряются в структуру полимера непосредственно при его создании, либо “пришиваются” на поверхность. Мы это делали двумя способами — физическим и химическим. В первом случае обрабатывали полимер в плазме магнетронного разряда, под его воздействием молекулы лекарственных соединений прикреплялись к поверхности скаффолдов. Во втором случае мы использовали метод “мокрой химии” — обрабатывали поверхность полимеров смесью органических растворителей. Поверхность становилась более податливой для химических реакций с лекарствами», — поясняет ученый.

Фото: Плазменное модифицирование с целью иммобилизации гиалуроновой кислоты на поверхности биодеградируемых скаффолдов и их влияние на первичные макрофаги человека

Этими же методами ученые влияли на скорость деградации полимера.

«И плазма, и растворители могут разрушать связи в полимере, за счет чего он быстрее деградирует. А можно с их помощью наоборот нанести защитное покрытие на полимер, чтобы он медленнее деградировал. Эти же методы позволили нам существенно увеличить гидрофильность поверхности полимеров, а это напрямую влияет на их взаимодействие с клетками. Ведь на более гидрофильную поверхность лучше наносятся дополнительные биоактивные соединения, улучшающие приживаемость имплантата», — говорит Сергей Твердохлебов.  

Также политехники провели эксперименты с клетками крови — макрофагами. Исследователям нужно было выяснить, как клетки реагируют на разработанные полимерные скаффолды, — вызывают ли они отторжение и воспалительные реакции. Эксперименты показали, что полученные материалы не приводят к активации провоспалительного сигнального пути.  

«В целом работа по проекту позволила создать научный и технологический задел для разработки новых и усовершенствованных композиционных материалов с модифицированной поверхностью широкого спектра применения.

И полученные результаты могут применяться не только в медицине для создания систем адресной доставки биологически активных препаратов, но и при создании смарт-материалов для использования в экстремальных условиях — в химической и в других отраслях промышленности»,

— добавляет руководитель проекта.

Эффективность разработанных скаффолдов подтверждена медико-биологическими исследованиями, проведенными соисполнителями проекта, — специалистами Томского государственного университета и Национального медицинского исследовательского центра имени В.А. Алмазова.   

Как отмечают исследователи, планируемое количество публикаций по этому проекту, опубликованных участниками научного коллектива, в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях перевыполнено в два раза, что позволяет надеяться на решение о продлении проекта.