luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Томские матриксы // Бинты и пластыри нового поколения

В Томском политехническом университете на основе матриксов — инкубаторов для выращивания клеток — создают уникальные материалы для регенерации организма.

«Клетка как ребенок: ей нужен дом»


— Я мечтаю создать современный центр клеточных технологий, — признается доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики Томского политеха Сергей Твердохлебов.

За последние пять лет он с коллегами открыл четыре новых лаборатории. Одна из них — лаборатория гибридных биосовместимых материалов Томского политехнического университета.

В специальной установке, разработанной здесь же, сейчас происходит чудо — рождаются матриксы. Это универсальная основа для создания бинтов, пластырей и имплантатов нового поколения. Они представляют собой пористые структуры, образованные переплетением ультратонких волокон.

Научный сотрудник лаборатории Евгений Больбасов поднимает пинцетом полупрозрачную тряпочку — это матрикс, пропитанный раствором из клеток, белков и липидов.

— Это материал для регенерации кожных покровов. Он нужен, если поврежден большой участок кожи — например, ожогами. Матрикс накладывается на это место и фиксируется повязкой, — рассказывает Больбасов. — Постепенно там вырастают клетки, нужные тканям для восстановления. Сам материал со временем деградирует и замещается кожей человека.

— Матриксы — это своеобразные инкубаторы. Клетка как ребенок: ей нужны дом, питание, и тогда мы получим то, что хотим, — говорит руководитель лаборатории Сергей Твердохлебов. — Мы используем различные материалы: металлы, полимеры, керамику. И делаем разные типы матриксов в зависимости от тканей — костных, мягких, — дефекты которых замещаем. А, например, для восстановления функций артерий или желчных протоков применяем трубчатые системы.


Сергей Твердохлебов — руководитель лаборатории, в которой создают бинты, пластыри и имплантаты нового поколения

Обойтись без напряжения

Существует несколько технологий создания матриксов. Самая популярная из них — электроспиннинг. Нет, это не удочка для рыбалки. Это когда в внутри установки десятки киловольт электрического напряжения воздействуют на раствор какого-либо биополимера, например полимолочной кислоты или коллагена.

В результате ультратонкие волокна биополимера напыляются на подложку — допустим, на алюминиевую фольгу. Это напыление может быть использовано как основа будущей ткани, для формирования которой не хватает только клеток.

Однако в прошлом году в ТПУ успешно опробовали альтернативный метод изготовления матриксов — аэродинамическое формирование волокон. Эта технология, основанная на применении энергии сжатого газа, эффективнее электроспиннинга, поскольку не требует высоковольтного оборудования.

Борьба с микробами

Матриксам можно придавать различные свойства, в том числе антибактериальные. Это один из способов победить в войне с микробами, которые рано или поздно успешно адаптируются к новым лекарствам.

— Современная фармакологическая промышленность производит всё более сильные антибиотики, но патогены мутируют настолько быстро, что через несколько лет после выпуска препаратов полностью к ним привыкают. Это гонка вооружений между нами и, казалось бы, неразумными одноклеточными организмами, — говорит Твердохлебов.

Вместе с Федеральным медико-биологическим агентством томские ученые создали на основе матриксов материалы, которые обладают колоссальной антимикробной активностью.

— Это исходный материал, который мы делаем здесь, в ТПУ, — Евгений Больбас показывает мне прозрачный матрикс. — А здесь матриксы с наночастицами. Видите, они желтые, но могут быть и серыми в зависимости от того, против каких штаммов бактерий и вирусов их создали. По большому счету вы являетесь свидетелем рождения лейкопластыря нового поколения!

Чтобы матрикс начал бороться с микробами, можно насытить его антибиотиками. А можно нанести тонкое антисептическое покрытие. Например, способность серебра противостоять инфекции использовали чуть ли не в Древнем Египте. Из той же серии оксид цинка. Данные вещества обладают низкой токсичностью, при этом большинство микроорганизмов так и не приобрело устойчивости к ним. В сочетании с матриксом отличный антисептик.


Образцы имплантатов на основе каркаса из металлической сетки и биодеградируемой полимерной композиции

«Да, мы иллюзионисты»

Теперь о костях. Если нанести на матрикс фосфатно-кальциевое покрытие, получится основа для самых разных имплантатов. По сравнению с зарубежными аналогами, например гидрогелями, отечественный матрикс лучше держит форму и постепенно рассасывается организмом, что решает проблему отторжения или замены имплантатов у детей.

— Клеточка, заселившись на структуру, которая имеет кальций и фосфат в своем составе, начинает дифференцироваться, то есть, грубо говоря, превращаться в костную ткань. Если клетку просто в чашку Петри посадить, она там будет беспризорная, а здесь, в матриксе, она в нужном домике, с нужным питанием, — поясняет Твердохлебов.

Сложную технологию ученые пытаются описать максимально просто:

— Чтобы стенку покрасить, я что должен сделать? Кисточку макнуть в ведро и начать мазать. Здесь всё так же происходит, только задача — распылить. А как распылить? Нужно чем-то по материалу стукнуть — он распыляется за счет бомбардирования его частицами в вакууме. Создаются высокочастотные поля, частицы бьют по материалу. Краска из ведра переходит на кисть, а материал в нашей установке — из мишени в плазму. А дальше, если в эту плазму поместить спицу, то атомы и молекулы будут осаждаться на нее. И образуется пленочка.

Уточняем:

— Получается, чтобы краска расплескалась, мы должны в это ведро что-то с силой кинуть?

— Примерно так.

В напылительной установке есть круглое окно, похожее на иллюминатор подводной лодки. На металлической поверхности конструкции написано «карусель».

— Это и правда как карусель, — объясняет Твердохлебов. — В установке происходит планетарно-осевое вращение спиц — такова оптимальная траектория для напыления.

— Используя это напыление на имплантатах, вы научились обманывать организм?

— Да, мы иллюзионисты. Научились модифицировать металлы и перешли к биорезорбируемым материалам.

— Что это значит?

— Все наши кости в течение жизни растворяются и обновляются. Если же случилась травма и в организм поместили металлический имплантат, такая большая железка будет растворяться очень долго, ведь это не родной элемент. С одной стороны, это хорошо: она будет скреплять кости и не сломается, но, с другой стороны, растворяясь, она может отравить окружающие ткани. Такая болезнь существует — металлоз. Когда вносится инородный материал, организм начинает с ним бороться. Вместо этого нужно имплантировать такой материал, который со временем биорезорбирует, то есть растворится. Кальций фосфат не вызывает электрохимической коррозии, плюс кальций с фосфором вымываются и идут на восстановление костной ткани. Поэтому мы успешно делаем такое напыление для спиц в аппарате Илизарова.


Структура матрикса под микроскопом

Работа с матриксами для культивирования клеток — мировой тренд. Разумеется, стволовые клетки в них тоже можно выращивать, а значит, в будущем, возможно, матриксы послужат базой для создания новых человеческих органов. Но до этого еще нужно дожить. А лечить ожоги и делать менее травматичные имплантаты с помощью матриксов можно уже сейчас.

Tags: Россия, кожа, медицина
Subscribe

Posts from This Journal “кожа” Tag

promo luckyea77 june 21, 2015 20:04 29
Buy for 10 tokens
В этой записи я буду давать ссылки на посты с лекциями и уроками в этом блоге: Учебные материалы и тесты: 11 ресурсов для бесплатного образования Онлайн-курсы по высоким технологиям и инновациям Дистанционное образование в России (среднее профессиональное образование, бакалавриат, магистратура,…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment