Томские каркасы для регенерации костной ткани исследовали на синхротроне в Германии
04.12.2017
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.
«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.
Источник: Служба новостей ТПУ
«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.
«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.
Источник: Служба новостей ТПУ