Новый материал для 3D-печати поможет кости восстановиться после повреждений

Биоинженеры разработали новый состав для изготовления имплантатов, предназначенных для регенерации кости. Такое изделие лучше существующих аналогов выдерживает механические нагрузки, стимулирует рост клеток и, выполнив свою функцию, быстрее распадается на безопасные компоненты. Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Journal of Material Research группой во главе с Ибрагимом Озболатом (Ibrahim Ozbolat) из Пенсильванского университета.

Когда кость настолько повреждена, что организм не может справиться с проблемой самостоятельно, на помощь приходит медицина. Сейчас таким пациентам имплантируют протезы, которые берут на себя часть функций скелета. Однако медики хотят научиться восстанавливать структуру костей с помощью максимально близких по свойствам материалов или же и вовсе клеток самого пострадавшего. Эта область называется инженерией костной ткани.

Одна из перспективных технологий выглядит следующим образом. На 3D-принтере печатается полимерный каркас, на который высеваются стволовые клетки пациента. На первом этапе сами эти "строительные леса" выполняют функцию кости. Но, по мере того как из стволовых клеток формируется новая костная ткань, полимер распадается и выводится из организма естественным путём.

Пока этот метод не вышел за стены лабораторий. На пути к успеху биоинженерам предстоит преодолеть немало трудностей. Одна из них заключается в том, чтобы подобрать оптимальный состав полимера. Он должен быть прочным, стимулирующим рост клеток и в достаточно короткие сроки распадающимся на безопасные компоненты. Кроме того, он должен иметь оптимальную шероховатость поверхности.

Большинство исследовательских групп используют для этих целей поликапролактон (ПКЛ). Но Озболат с коллегами усомнились в оптимальности этого решения и предложили свой вариант.

Опробованный ими "коктейль" также основывается на ПКЛ, но содержит также полилактокогликолевую кислоту (ПЛГК, или, на английском, PLGA). Это вещество уже опробовано как добавка ко множеству пищевых продуктов и лекарственных средств. Также материал содержит частицы гидроксиапатита. Эта разновидность апатита, напомним, является минеральной составляющей живой кости и уже много лет успешно синтезируется в лабораториях по всему миру.

Исследования "в пробирке" (in vitro) показали, что такая композиция прочнее чистого ПКЛ, лучше его по свойствам поверхности и быстрее распадается, выполнив свои функции. Кроме того, она эффективнее стимулирует размножение высаженных на него стволовых клеток костного мозга и их превращение в клетки кости. Это подтверждается как прямым наблюдением за количеством клеток, так и анализом экспрессии генов.

Получив такие результаты, авторы перешли к следующему этапу, имплантировав своё детище живым мышам. Как показало вскрытие спустя восемь недель, новый материал и здесь оказался на высоте. Вокруг имплантата образовалась новая минерализованная костная ткань и кровеносные сосуды. При этом результаты были более впечатляющими, чем для аналогов из чистого ПКЛ.

Как уточняет издание Medical Xpress, полученные результаты авторы относят на счёт нескольких свойств нового материала. В частности, немалую роль играет его гидрофильность (смачиваемость водой), резко отличающаяся от параметров гидрофобного ПКЛ.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о пересадке биоинженерного лёгкого, напечатанной на 3D-принтере роговице и протезах сосудов с клетками пациентов.