Ученые БФУ совместно с коллегами усовершенствовали поликапролактон — биосовместимый и биоразлагаемый полимер — так, что человеческие клетки охотно прикрепляются к нему и делятся на его поверхности. Благодаря этому материал можно использовать в регенеративной медицине для восстановления поврежденных и выращивания новых тканей. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Polymers.
Современная регенеративная медицина нуждается в материалах, которые позволят быстро восстанавливать человеческие ткани после повреждений, например сильных ожогов. Поликапролактон — биоразлагаемый полимер, однако он имеет некоторые недостатки, такие, например, как гидрофобность. Кроме того, он не обладает достаточной биоактивностью, то есть на нем отсутствуют специфические сайты связывания, обеспечивающие прикрепление, миграцию, деление и дифференцировку клеток.
Усовершенствовать поликапролактон можно, «навесив» на него аминогруппы — небольшие азотсодержащие группы атомов, которые распознаются клетками. Исследования показали, что они также увеличивают гидрофильность, то есть смачиваемость материала, помогают клеткам к нему прикрепиться, а еще уменьшают вероятность воспаления при установке имплантатов из поликапролактона.
Ранее ученые из БФУ им. И. Канта с коллегами из Института цитологии РАН (Санкт-Петербург), Института экспериментальной медицины (Санкт-Петербург), Института высокомолекулярных соединений РАН (Санкт-Петербург) и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе (Санкт-Петербург) предложили использовать аргинин в качестве источника аминогрупп для модификации поликапролактона. Эта аминокислота содержит максимально возможное для подобных соединений количество атомов азота, поэтому для модификации полимера ее требуется относительно немного.
В новой работе авторы исследовали, как условия, при которых происходит присоединение аминогрупп к полимеру, — температура и количество аргинина — влияют на свойства получаемых пленок из поликапролактона. Ученые определили, что нагревание до 40°С и высокие концентрации аргинина позволяют получить материал, наиболее охотно взаимодействующий с водой. Кроме того, эти образцы оказались самыми прочными — они выдерживали в два раза большее растяжение, чем необработанный поликапролактон.
Далее авторы культивировали мезенхимные стромальные клетки человека на образцах поликапролактона, модифицированных при разных условиях. Эксперимент показал, что их способность прикрепляться была прямо пропорциональна количеству аргинина, который использовали для обработки.
Ольга Москалюк, кандидат технических наук, доцент, заведующая лабораторией полимерных и композиционных материалов «Smart Textiles» БФУ им. И. Канта:
«В результате мы определили оптимальные условия для присоединения к поликапролактону аминогрупп, которые позволяют клеткам успешно закрепиться на его поверхности и впоследствии размножаться».
Юлия Нащекина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Центра клеточных технологий Института цитологии РАН:
«Предложенная нами методика поможет значительно улучшить материалы для регенеративной медицины и расширить области их применения».
