Химики СПбГУ создали
технологию 3D-печати имплантатов из наночастиц
20 марта 2023
Коллектив ученых из Санкт-Петербургского университета,
Института высокомолекулярных соединений РАН и Университета Ганновера разработал
новую технологию 3D-печати материалов для тканевой инженерии путем фотосшивания
наночастиц. Разработка позволит выйти на новый
уровень имплантирования.
Современная тканевая инженерия позволяет восстанавливать
достаточно большие дефекты различных тканей человека — мышечной, нервной,
соединительной и других. Для этого применяются имплантаты на основе комбинаций
стволовых клеток из тканей пациента и специальных материалов, необходимых для
обеспечения трехмерного роста клеток. Точный подбор этих элементов для
конкретного пациента позволяет достичь высокой биосовместимости
имплантатов с человеческим телом и использовать их для замещения участков
поврежденной ткани, а иногда даже для внутренних органов. Материалы,
используемые для создания подобных индивидуальных имплантатов, называются скаффолды (от англ. scaffold —
строительные леса). На скаффолде
располагают биологический материал: клетки и специальные биомолекулы
— белки или пептиды, способствующие прикреплению, размножению и
функционированию клеток). Таким образом, клетки на скаффолде,
как рабочие на строительных лесах, воспроизводят полноценную живую ткань
человеческого тела и замещают ей поврежденную.
«Мы использовали суспензии наночастиц
и с их помощью напечатали скаффолды на 3D-принтере.
Испытания на клетках in vitro
показали достаточную механическую прочность этих материалов, а также их биосовместимость», — пояснил руководитель лаборатории
биоматериалов СПбГУ, доцент СПбГУ (кафедра медицинской химии) Виктор Коржиков-Влах.
Как рассказал эксперт, главное преимущество использования наночастиц в том, что они, в отличие от массивных
материалов, применяемых в трансплантологии, позволяют создавать структуры,
подражающие сложноорганизованным биологическим тканям. Такие материалы
необходимо использовать, когда структура имплантата должна быть неоднородна,
как, например, человеческая кость, имеющая жесткую внешнюю и пористую
внутреннюю структуру. Другой пример — контакты костной и хрящевой ткани,
требующие восстановления после травмы.
В качестве «чернил» для 3D-печати скаффолдов
химики СПбГУ использовали наночастицы на основе полимолочной кислоты, представляющей собой биоразлагаемый полимер, а также нанокристаллической
целлюлозы. Объединить частицы в трехмерные структуры стало возможно за счет
реакции фотосшивания — специального процесса
образования ковалентных связей (так называемых сшивок) между частицами при
облучении их ультрафиолетом.
По словам авторов исследования, «чернилами» также могут быть
суспензии различных наночастиц, обладающих разной
жесткостью, с применением нескольких печатающих головок 3D-принтера — это
позволит создавать скаффолды, обладающие градиентом
механических свойств. Кроме того, частицы можно модифицировать биологическими
компонентами, которые будут распределяться в пространстве скаффолда
при 3D-печати, таким образом создавая основу для
формирования, например, кровеносных сосудов или межтканевых контактов.
Исследование выполнено с использованием инфраструктуры
ресурсных центров Научного парка СПбГУ: «Магнитно-резонансные методы
исследования», «Методы анализа состава вещества», «Развитие молекулярных и
клеточных технологий», междисциплинарного ресурсного центра по направлению «Нанотехнологии».
Отметим, что сегодня в СПбГУ активно развивается направление
разработки биоэлектронных протезов. Так, в конце 2022 года ученые Университета
разработали новые нейронные имплантаты без металлов в составе.
источник - https://www.atomic-energy.ru/news/2023/03/20/133699