Российские учёные превратили полиэтилен в материал для искусственных костей
Такой способ позволяет формировать в полиэтилене поры необходимого размера и воспроизводить сложное строение костной ткани.
Как считает автор исследования Алексей Салимон, сотрудник Сколковского института науки и технологий, сверхвысокомолекулярный полиэтилен – перспективный материал для восстановительной хирургии. «Например, в комбинации с коллагеном и гидроксиапатитом – минералом, из которого наполовину состоит костная ткань, – можно создавать многослойные костно-хрящевые имплантаты», – отмечает Салимон.
Плотный полимер из длинных линейных цепочек полиэтилена известен своей прочностью и безопасностью для живых тканей. Кроме того, он не вызывает каких-либо реакций организма. Благодаря этим свойствам материал можно использовать для создания различных типов имплантатов, например, искусственных костей.
Такой имплантат должен быть пористым, чтобы в него прорастали кровеносные сосуды и мигрировали костные клетки, но получить сложные внутренние структуры в сверхвысокомолекулярном полиэтилене непросто. Та же трёхмерная печать не пригодится здесь, поскольку при плавлении СВМПЭ остаётся слишком вязким.
Эту проблемы решает технология смешивания полимера с поваренной солью, предложенная ранее в НИТУ МИСиС. Из готового изделия удаляется соль, путем растворения в обычной воде.
В рамках эксперимента применялся уже готовый полиэтилен в виде порошка. Его и поваренную соль просеяли, разделив по размеру частиц на четыре фракции.
Затем порошок полиэтилена и соль смешали в соотношении 1:9 (такое высокое содержание соли было необходимо, чтобы получить полимер с большим объемом пор). Смеси спекали при температуре 180°C и под давлением формировали из них одинаковые цилиндры. После этого соль удалили, в течение двух суток промывая изделия теплой водой.
Исследователи проверили полученный материал на прочность и эластичность при сжатии. Кроме того, они изучили его при помощи электронного микроскопа и подтвердили, что диаметр пор и толщина стенок между ними зависят от размера исходных частиц.
Что важно, механические свойства материалов оказались практически одинаковыми независимо от размера пор.
Модуль упругости Юнга, который описывает способность материала сопротивляться растяжению, у пористого полимера ожидаемо оказался значительно ниже, чем у плотного. Его значения находятся в диапазоне от 1 до 2,5 мегапаскалей, что соответствует характеристикам мягких тканей, а не костей.
В таких условиях клетки кости не могут нормально функционировать, поскольку им требуется более твердая подложка. Но в комбинации с другими материалами из полиэтилена вполне возможно создать искусственную кость, которую постепенно заполнят клетки костной ткани. «Пористый СВМПЭ может быть идеальной основой для сложных экспериментов с клеточными культурами», – подчёркивает Сергей Лермонтов, руководитель проекта РНФ, заведующий лабораторией новых синтетических методов Института физиологически активных веществ РАН. По его словам, клетки, выращенные на плоской поверхности, ограничены в росте и взаимодействиях, а на 3D-основе можно создать близкие к существующим в живом организме условия.
«Мы уже провели эксперименты по выращиванию на сверхвысокомолекулярном полиэтилене клеток злокачественной опухоли нервной системы человека – нейробластомы», – добавляет он.
В исследовании участвовали ученые из Сколковского института науки и технологий, Института физиологически активных веществ РАН и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС».
Результаты эксперимента опубликованы в журнале Materials. Исследование проводится при поддержке Российского научного фонда.
Источник: nauka.vesti.ru
Вам также может быть интересно:
Активация иммунных клеток помогла при рассеянном склерозе
Биорастворимые или саморассасывающиеся стенты
В MIT создали гарнитиру, озвучивающую мысли
26.08.2019