Нацпроект помог учёным создать материал для «выращивания» органов и тканей

Москва, 14 декабря, 2022, 19:41 — ИА Регнум. Ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Томского политехнического университета, благодаря национальному проекту «Наука и университеты» создали новый материал для «выращивания» органов и тканей. Исследование было выполнено в рамках стратегического проекта «Биомедицинские материалы и биоинженерия» программы «Приоритет 2030», информирует сайт вуза.

Исследователи выяснили, что добавление в материал небольшого количества частиц восстановленного оксида графена способствует улучшению механических свойств и эффекта памяти формы. В будущем такой материал может использоваться для регенерации мягких тканей, например для нервной ткани и кожных покровов. Статья с результатами исследования нового способа модификации биополимеров для тканевой инженерии опубликована в журнале «European Polymer Journal».

В настоящее время биополимеры широко используются в медицине. Значительный объем исследований сосредоточен как на создании полимерных композиционных материалов, характеризующихся биосовместимостью и биодеградацией, так и на производстве полимерных скаффолдов — «каркасов», которые служат основой, матриксом для клеток и используются для реконструктивной хирургии.

К материалам, используемым для создания таких каркасов, предъявляется целый ряд требований, поскольку они должны быть биологически совместимыми с организмом человека, обладать соответствующими биомеханическими свойствами, иметь развитую микроструктуру и способствовать процессу регенерации ткани. Поэтому одной из основных задач тканевой инженерии является изучение и создание новых материалов для различных применений.

Биосовместимые полимеры полилактид и поликапролактон хорошо подходят под описанные критерии, более того, полилактид обладает ярко выраженным эффектом памяти формы, который может улучшить адаптивность медицинских конструкций и способствовать самоустановке имплантатов.

Ученые научно-образовательного центра биомедицинской инженерии Университета науки и технологий МИСИС совместно с исследователями Томского политехнического университета модифицировали скаффолды (каркасы) из комбинации полилактида и поликапролактона путем добавления в состав частиц восстановленного оксида графена, которые имеют выдающиеся электро- и теплопроводные свойства.

«В данной работе были изучены структура, тепловые и механические свойства, а также эффект памяти формы гибридных каркасов из полилактида и поликапролактона (PLA-PCL) с различным содержанием электропроводящих частиц восстановленного оксида графена (rGO). Пористые волокнистые материалы создавались методом электроспиннинга», — пояснила соавтор работы, сотрудник научно-образовательного центра биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Полина Ковалева.

Исследователи отмечают, что подобные материалы перспективны для применения в тканевой инженерии, в особенности для имплантатов мягких тканей, а программируемый эффект памяти формы может служить для самоустановки, усадки или, наоборот, разворачиванию скаффолдов в организме. Однако для уточнения возможности использования материала для конкретных тканей, например для нервной ткани или кожных покровов, ученым предстоит провести множество предварительных исследований и испытаний.

«У нас есть несколько научных проектов, в рамках которых благодаря участию в программе «Приоритет 2030» развиваются новые направления: биоматериалы на основе функционализированных полимерных нановолокон, 4D-печать и биомиметические материалы, реконструкция мягких тканей, нейроимплантаты, биофабрикация и тканевая инженерия, применение магнито- механических эффектов наночастиц для тераностики заболеваний, наносенсоры для мониторинга физиологических параметров, технология для label-free детекции белков, кейджи для замены межпозвонковых дисков и позвонков, «умные» биомедицинские устройства. Но это еще не все. Отдельно функционирует консорциум «Инженерия здоровья», куда вместе с Университетом МИСИС, который является инициатором его создания и координатором, входят 10 организаций», — пояснил директор НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС, кандидат физико-математических наук Фёдор Сенатов.

Что касается нейроимплантатов, то они, по словам учёного, необходимы для восстановления нервной ткани — в основном для спинальной хирургии, а также для регенерации периферических нервов.

«Проводим совместно с членами консорциума эксперименты на минипигах, или карликовых домашних свиньях. Животным в область кисты, образовавшейся после спинальной травмы, вводится специальная инжектируемая композиция — гидрогель, содержащий различные белки и клетки. Наблюдаем, как это способствует регенерации тканей в районе спинного мозга и восстановлению двигательной активности животного. На данном этапе МИСИС разрабатывает материалы — гидрогели и высокопористые скаффолды. За клеточную часть отвечает Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН и НМИЦ психиатрии и наркологии им. В. П. Сербского.

Эти гидрогели с белками и клетками — первый подпродукт. Второй подпродукт — регенерирующие тканевые конструкты из геля и клеток, которые мы планируем печатать методом биопринтинга. Третий подпродукт — нейропротезы, представляющие собой имплантируемые в область спины мягкие электроды, через которые к нервным тканям будет подаваться электрический ток, способствующий их регенерации. Работа, связанная с изготовлением этого третьего подпродукта, начнется в следующем году», — отметил Фёдор Сенатов.

Благодаря нацпроекту «Наука и университеты», в России создаются интеграционные научно-образовательные и научно-производственные структуры мирового масштаба. Повышается уровень региональных систем высшего образования и науки за счет объединения ресурсов заинтересованных сторон.

Университет науки и технологий МИСИС является участником межвузовской федеральной программы «Приоритет 2030» — самой масштабной программы государственной поддержки научно-образовательных структур за последние десятилетия. В программе «Приоритет 2030» вуз представлен пятью стратегическими проектами: «Квантовый интернет», «Биомедицинские материалы и биоинженерия», «Материалы будущего», «Новые инженерные решения» и «Цифровой бизнес».