В Томске научились управлять свойствами каркасов для регенерации тканей

ТОМСК, 5 декабря. /ТАСС/. Томские ученые создали новый способ улучшать свойства каркасов для сохранения и улучшения работы тканей. Это поможет делать умные медицинские устройства, сообщили ТАСС в Минобрнауки РФ.

Конструкции из полимерных материалов - скаффолды (каркасы) используют в медицине для восстановления, сохранения и улучшения работы тканей. Они должны быть биосовместимыми, разлагаться в организме и иметь механические свойства, близкие живым тканям. Важно, чтобы структура каркаса напоминала соединительную ткань и поддерживала клетки. Подобные материалы можно использовать для создания умных медицинских изделий: костных имплантатов и повязок на раны.

"Ученые Томского политехнического университета в составе международной научной коллаборации представили универсальный способ настройки свойств биоразлагаемых полимерных скаффолдов с добавлением глицина. Исследователям удалось оптимизировать параметры изготовления каркасов и добиться увеличения пьезоэлектрического отклика в 14 раз", - сказано в сообщении.

Отмечается, что цель исследования - сделать электроформованные матрицы из полигидроксибутирата более чувствительными к пьезоэлектричеству - свойству генерировать электрический заряд или напряжение при механическом воздействии. Раствор полимера смешивали с водными растворами бета-глицина с разной концентрацией, чтобы содержание глицина было 5, 15, 20 и 30% от массы полимера. Затем из этого раствора с помощью электрического поля высокой напряженности делали образцы каркасов. Провели исследование их структуры, тепловых свойств, химического состава и кристаллической структуры. Также измерили, сколько глицина выделилось и насколько хорошо волокна реагируют на механическое воздействие.

Исследования

Основной материал, из которого делают скаффолды - полимер полигидроксибутират. Он биосовместим и биоразлагаем, но у него слабый пьезоэлектрический отклик: материал не очень хорошо реагирует на механическое давление или деформацию, создавая при этом очень маленькое электрическое напряжение или заряд. Чтобы улучшить эти свойства без потери совместимости, используют нанонаполнители. Например, кристаллы бета-глицина могут повысить пьезоэлектрический эффект в полимерных волокнах, сделанных методом электроформования.

"Глицин действует как нейротрансмиттер, модулируя нейрональную активность и контролируя двигательные функции. К тому же он положительно влияет на модуляцию роста, облегчение мышечного тонуса, синтез коллагена, восстановление тканей и замедление мышечной дегенерации", - сказала один из авторов статьи, инженер-исследователь научно-исследовательского центра "Физическое материаловедение и композитные материалы" Лада Шлапакова.

В результате экспериментов удалось подобрать оптимальные параметры производства волокон, чтобы получить нужную структуру и пьезоэлектрические свойства. С помощью пьезоэлектрической силовой микроскопии ученые измерили, как распределен пьезоэлектрический ответ в нескольких точках внутри волокон скаффолдов. Благодаря этому удалось увеличить в 14 раз средний коэффициент пьезоэлектрического отклика у матриц из полигидроксибутирата с 30% содержанием глицина.

В работе принимают участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Университета Дуйсбурга-Эссена, Шанхайского института керамики Китайской академии наук, ТГУ, Кельнского университета. Исследование поддержано федеральной программой Минобрнауки России "Приоритет-2030" национального проекта "Молодежь и дети" и грантом РНФ. Результаты опубликованы в Advanced Composites and Hybrid Materials.