Полезные Статьи

Травматизм в стране и в мире не падает и даже растёт, и часто — это переломы костей. Хотя костная ткань способна восстановиться, бывают случаи, когда требуется костная пластика. К материалам, используемым для этих целей, предъявляют много требований. Они должны быть биосовместимы, запускать процесс восстановления костной ткани, служить матрицей для образования новой кости, обладать механическими свойствами, схожими со свойствами кости.

Для биомедицинских целей перспективны разлагающиеся в организме (биодеградируемые) полимеры гидроксипроизводных алкановых кислот, или, как их называют, полигидроксиалканоаты (ПГА). Класс этих соединений включает более ста типов полимеров, но самый изученный и распространённый — поли-3-гидроксибутират — П(3)ГБ. Это соединение образуется в ходе обменных процессов в клетках и тканях высших животных и человека, благодаря чему оно обладает хорошей биосовместимостью и в то же время биоразлагаемо. Причём биоразложение происходит медленно, так что полимер успевает выполнить функцию матрицы и стимулятора роста костной ткани. Эти свойства вкупе с термопластичностью и механическими характеристиками позволяют отнести его к высокотехнологичным биоматериалам.

Синтез П(3)ГБ проводят с помощью водородных бактерий. В Институте биофизики СО РАН (г. Красноярск) разработана соответствующая технология, сконструировано и открыто опытное производство. Биомедицинское применение полигидроксиалканоатов не ограничивается ортопедией и травматологией. Их используют как шовный хирургический материал для обработки ран и как покрытие для металлических стентов при изготовлении трубчатых стентов для желчных протоков. Однако у полигидроксибутирата есть одно нежелательное свойство — он не смачивается водой и водными растворами, то есть биологическими жидкостями организма. Соответственно новые клетки не могут прочно прикрепиться к материалу, а значит, плохо растут.

Физики из Института биофизики СО РАН совместно с коллегами из Томского политехнического университета, из Университета Дуйсбург-Эссена (Universitat Duisburg-Essen, Германия) и Института Фраунхофера (Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology, Германия) придумали способ улучшения совместимости биополимера с живой тканью. Они пошли по пути изменения не объёма материала, а поверхности, обработав её высокочастотным плазменным разрядом (13,56 МГц). Такая обработка весьма деликатна — она не разрушает структуру самого полимера, но меняет шероховатость поверхности и способствует образованию на ней новых химических функциональных групп, благодаря чему меняется поверхностный заряд полимера, клеточная адгезия и возрастает смачиваемость водными растворами.

Физики работали с полимерными плёнками, которые модифицировали плазмой в атмосфере двух газов — кислорода и аммиака. Топографию поверхности изучали с помощью атомного силового микроскопа, а способность клеток прилипать к поверхности (адгезию) оценивали по изменению морфологии клеток при попадании на поверхность полимера. Свойства поверхности улучшались при обработке в аммиачной среде: она обеспечивала прочное сцепление полимера с клетками соединительной ткани — фибробластами и лучше поддерживала их рост. (При обработке в атмосфере кислорода подобного эффекта не наблюдали.)

Исследователи только начали работать с плазмой, и это первые обнадёживающие результаты. Теперь в планах — переход к трёхмерным изделиям из биополимера — матриксам. Но только после подбора условий, в которых можно получить максимальный эффект смачивания.