Ученые
Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта вместе с коллегами
из Института цитологии РАН, Института высокомолекулярных соединений РАН,
Института экспериментальной медицины и Физико-технического института имени
А. Ф. Иоффе предложили метод усовершенствования биосовместимого и
биоразлагаемого полимера поликапролактона. Они выяснили, что если «навесить» на
материал аминогруппы, то полимер будет быстрее и лучше восстанавливать
поврежденные ткани и помогать выращивать новые. К усовершенствованному
материалу легче прикрепляются клетки, а вероятность воспаления при установке
имплантатов из поликапролактона снижается.
Современная
регенеративная медицина нуждается в материалах, которые позволят быстро
восстанавливать человеческие ткани после повреждений, например, сильных ожогов.
Перспективным ученые считают использование имплантатов из полимера
поликапролактона. Однако у этого материала есть ряд недостатков, среди которых
гидрофобность — «стремление» избегать контактов с водой. Большинство клеток
живого организма прикрепляются и размножаются на гидрофильной поверхности, а
высокая степень гидрофобности имплантов на основе поликапролактонов
препятствует эффективному росту живых клеток на таких материалах.
Кроме
того, поликапролактон не обладает достаточной биоактивностью: в материале
отсутствуют специфические сайты связывания, которые отвечают за прикрепление,
миграцию, деление клеток и их дифференцировку (т. е. приобретение клетками
устойчивых функциональных различий).
Усовершенствовать
поликапролактон можно, «навесив» на него аминогруппы — небольшие
азотосодержащие группы атомов, которые распознаются клетками. Исследования
показали, что такая модификация полимера увеличивает «смачиваемость» материала,
облегчает прикрепление клеток к нему, а также уменьшает вероятность воспаления
при установке имплантатов.
Ученые
БФУ имени Иммануила Канта вместе с коллегами из Института цитологии РАН,
Института высокомолекулярных соединений РАН, Института экспериментальной
медицины и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе предлагают
использовать аргинин в качестве источника аминогрупп для усовершенствования
поликапролактона. Эта аминокислота содержит максимально возможное для подобных
соединений количество атомов азота, поэтому для модификации полимера ее
требуется относительно немного.
Научный
коллектив описал, как температура и концентрация аргинина влияют на свойства
получаемых пленок из поликапролактона.
«В
результате мы определили оптимальные условия для присоединения к
поликапролактону аминогрупп, которые позволяют клеткам успешно закрепиться на
его поверхности и впоследствии размножаться», — рассказала Ольга
Москалюк, кандидат технических наук, доцент, заведующая лабораторией полимерных
и композиционных материалов «Smart Textiles» БФУ имени Иммануила Канта.
Эксперимент
показал, что чем выше была концентрация аргинина при обработке полимера, тем
лучше аминогруппы прикреплялись к нему. Ученые отметили, что самые прочные
образцы были получены при высоких концентрациях аргинина и нагревании до 40 °С
— такой материал выдерживал в два раза большее нагрузок при растяжении, чем
необработанный поликапролактон. Кроме того, такие образцы охотнее взаимодействуют
с водой.
Микрофотографии
клеток на поверхности поликапролактона, обработанного разными концентрациями
аргинина при разной температуре и в разных растворителях.
«Предложенная
нами методика поможет значительно улучшить материалы для регенеративной
медицины и расширить области их применения», — подчеркнула Юлия
Нащекина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Центра
клеточных технологий Института цитологии РАН.
Результаты
исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в одном
из ведущих научных журналов.
Источник: Минобрнауки
России.