ГИДРОГЕЛЬ ИЗ АЛЬГИНАТА ВОССТАНОВИТ ПОВРЕЖДЕННЫЙ МЕНИСК

ГИДРОГЕЛЬ ИЗ АЛЬГИНАТА ВОССТАНОВИТ ПОВРЕЖДЕННЫЙ МЕНИСК

Еще сравнительно недавно возможность изготовления органов человеческого тела на замену поврежденным могла рассматриваться только в контексте сюжета научно-фантастического произведения. Однако с разработкой принципа метода трехмерной печати в 1980-х годах исследователи, да и не только они, надеются сделать этот фантастический замысел былью.

Результатом новой работы исследователей из Техаса является создание нового прочного биоматериала, который может использоваться для печати органов человека, несущих значительную нагрузку – например, хрящевой ткани колена.

Несмотря на немалые успехи современной трансплантологии, пересадка поврежденных органов не носит массовый характер из-за недостатка доноров для трансплантации и проблемы биологической совместимости донорских «запчастей» человеческого тела. Тем не менее, существующие проблемы можно решить, печатая на замену биологические ткани, которые могут работать не хуже, а иногда даже и лучше исходных тканей.

Метод трехмерной печати позволил исследователям изготовить мениск из альгинатсодержащего гидрогеля. (Рисунок из RSC Adv., 2015, 5, 81324 (DOI: 10.1039/c5ra16362e))

Уже сейчас разработан ряд способов изготовления простых биологических тканей и шаблонов для роста клеток, однако с получением более сложных биологических тканей все еще есть задачи, которые необходимо решать. Как поясняет Энтони Атала (Anthony Atala), практикующий хирург и директор Центра Регенеративной Медицины Северной Каролины, не принимавший участия в исследовании, главная проблема в изготовлении искусственной ткани заключается в необходимости создания искусственных конструктов с формой, размером и структурной целостностью, необходимыми для применения в клинической практике. По его мнению, трехмерная печать биологических систем вполне может справиться с решением этих задач.

Гидрогели представляют собой трехмерную сеть сшитых гидрофильных полимеров, эти вещества являются безусловным лидером в гонке веществ за право применяться в качестве биоматериалов. В настоящее время гидрогели уже используются как биологически совместимые вещества для изготовления ряда шаблонов для выращивания искусственных тканей. Высокое содержание воды обеспечивает им гибкость, позволяющую моделировать естественные биологические ткани. Однако из-за высокой гибкости гидрогели не отличаются значительной прочностью и легко изменяют свою форму.

Дженни Цзи (Jenny Qiu) с коллегами из Технологического Университета Техаса нашли способ, позволяющий увеличить прочность гидрогелей, вводя в их состав альгинат – полимер, отличающийся значительной вязкостью. Свойства полученного композитного материала улучшаются благодаря тому, что альгинат взаимодействует с полимерами, образующими гидрогель, за счет формирования сетки водородных связей.

Отдельные цепи альгината, которые не сшиваются между собой за счет формирования ковалентных химических связей, вплетаются в сетку гидрогеля, упрочняя ее. На следующем этапе погружение полученной смеси полимеров в раствор хлорида кальция приводит к тому, что в новом материале происходит сшивка полимеров ионными связями, за которые отвечают ионы кальция. Прочность на растяжение полученного материала значительно превосходит прочность всех известных к настоящему времени гидрогелей и сравнима с прочностью хрящевой ткани человека. Введение альгината в материал также упрощает процедуру трехмерной печати – структуры лучше сохраняют свою форму из-за того, что альгинат увеличивает вязкость всей системы.

Источник: RSC Adv., 2015, 5, 81324 (DOI: 10.1039/c5ra16362e)