Специалисты Сибирского федерального университета (СФУ) разработали отечественные каркасы для восстановления костной ткани, используя отходы пищевой промышленности, в частности, рыбопереработки. Этот подход позволил снизить зависимость от импортных материалов и значительно уменьшить себестоимость имплантатов по сравнению с существующими аналогами. По сообщению пресс-службы вуза.
При серьезных переломах с повреждением и утратой фрагментов кости в современной медицинской практике применяются биосовместимые поддерживающие структуры, известные как скаффолды. Они способствуют регенерации костной ткани. Ученые СФУ отмечают, что большинство российских разработок в данной сфере опираются на дорогостоящие импортные компоненты.
В целях решения проблемы импортозамещения и удешевления, исследователи СФУ разработали полный цикл получения биополимера, который может быть использован для создания медицинских имплантатов из легкодоступного отечественного сырья.
Основой для имплантатов служат полигидроксиалканоаты (ПГА) — биополимеры, синтезируемые определенными видами бактерий. Особенностью технологии СФУ является возможность использовать в качестве «пищи» для этих бактерий любые органические отходы, богатые углеродом. Примерами такого сырья являются отработанный фритюрный жир или отходы рыбопереработки, утилизация которых обычно сопряжена со значительными расходами для предприятий.
Исследователи интегрировали свою разработку в современный процесс биоинженерии. Процедура начинается с компьютерной томографии поврежденной области у пациента. Далее создается индивидуальная модель каркаса. Затем с помощью 3D-принтера из нити биополимера (филамента) печатается необходимая деталь, которая имплантируется в зону перелома.
В отличие от многих компаний, которые приобретают готовые филаменты за рубежом, мы сами производим экструзионную нить. Это дает нам возможность изменять ее характеристики в зависимости от конкретных задач. Важно отметить, что все составляющие нашего процесса — от штаммов бактерий до оборудования — российского производства.
Помимо костных имплантатов, данные биополимеры могут быть использованы для изготовления ранозаживляющих пленок, хирургических шовных материалов и систем направленной доставки лекарств. Однако наиболее значимым достижением ученых СФУ является создание биополимерных каркасов с заданными характеристиками микроструктуры, предназначенных для замещения костных дефектов. Потенциальное внедрение этой методики в клиническую практику, по мнению исследователей, позволит пациентам с переломами избежать необходимости повторных операций.
Использование специальных каркасов (скаффолдов) фактически дает возможность восстановить утраченный фрагмент кости путем стимуляции ее роста. Наши последние эксперименты подтвердили, что поры различной формы — треугольные, квадратные и шестиугольные — одинаково эффективно способствуют быстрому росту остеобластов, клеток, формирующих костную ткань.
Технология получения ПГА, разработанная в СФУ, обеспечивает снижение производственных затрат примерно на 50% по сравнению с существующими аналогами. Это достигается за счет применения бесплатных органических отходов вместо дорогостоящего исходного сырья. Ученые утверждают, что качество получаемого таким образом полимера сопоставимо с качеством зарубежных аналогов.
Хотя первоочередное назначение разработанного биополимера — медицинские имплантаты, в будущем исследователи рассматривают возможность его применения для производства биоразлагаемой упаковки и других экологически чистых продуктов.
Мы стремимся создать доступный и экологичный материал, который станет альтернативой традиционным полимерам. Он будет не только эффективен в медицине, но и поможет сократить негативное воздействие на окружающую среду.
