Ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Томского политехнического университета предложили способ модификации биополимеров для тканевой инженерии. 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 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.
Соавтор работы, сотрудник научно-образовательного центра биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Полина Ковалева рассказала:
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. В результате испытаний выяснилось, что наполнитель rGO способствует повышению степени кристалличности полимерной матрицы. Так, по мере увеличения содержания rGO механические свойства каркасов также улучшались, например, при содержании 1,5 масс.% rGO предел прочности при растяжении увеличился в два раза относительно скаффолдов без частиц. Кроме того, при активации ЭПФ теплопроводные частицы способствовали размягчению полимерной матрицы, что приводило к процессам релаксации перед восстановлением формы.
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.
Исследование было выполнено в рамках стратегического проекта «Биомедицинские материалы и биоинженерия» Программы «Приоритет 2030».