Специалисты Сибирского федерального университета (СФУ) достигли успеха в создании отечественных каркасов для восстановления костной ткани, используя отходы пищевого производства, в частности, рыбопереработки. Эта разработка направлена на снижение зависимости от импортных материалов и уменьшение себестоимости продукции по сравнению с существующими на рынке аналогами.
В современной медицинской практике для лечения тяжелых переломов, сопровождающихся утратой или сильным повреждением участков кости, применяются биосовместимые поддерживающие структуры, известные как скаффолды. Эти конструкции способствуют регенерации поврежденной ткани. Однако, как отмечают исследователи СФУ, большинство российских разработок в этой области опираются на дорогостоящее импортное сырье.
Чтобы решить эту проблему, ученые вуза разработали собственный полный цикл производства биополимера. Это позволяет получать материалы для медицинских имплантатов из легкодоступного местного сырья.
Основой для имплантатов служат полигидроксиалканоаты (ПГА) — биополимеры, которые синтезируются определенными штаммами бактерий. Отличительная особенность технологии, разработанной в СФУ, заключается в возможности использования разнообразных органических отходов, содержащих углерод, в качестве питательной среды для бактерий. Например, могут быть использованы отработанный фритюрный жир или отходы рыбоперерабатывающих предприятий, утилизация которых обычно является затратной статьей для производителей.
По словам ученых, их разработка органично встраивается в высокотехнологичный процесс биоинженерии. Процедура начинается с компьютерной томографии травмированного органа пациента, после чего создается индивидуальная 3D-модель каркаса, точно соответствующая дефекту. Затем на 3D-принтере из биополимерной нити (филамента) печатается необходимая структура, которая впоследствии имплантируется в место перелома.
“В отличие от большинства компаний, которые закупают готовые филаменты зарубежного производства, мы самостоятельно производим экструзионную нить, что позволяет варьировать ее свойства под различные потребности. Все используемые компоненты (от бактериальных штаммов до оборудования) российского производства”, — рассказал Алексей Дудаев, ассистент базовой кафедры биотехнологии и кафедры медицинской биологии СФУ.
Помимо костных имплантатов, из таких биополимеров можно создавать пленки для заживления ран, шовные материалы и системы для адресной доставки лекарственных препаратов. Однако наиболее значительным научным результатом, полученным учеными СФУ в ходе работы с этим материалом, являются биополимерные каркасы с контролируемой микроархитектурой, предназначенные специально для восстановления костных дефектов. Исследователи полагают, что широкое внедрение этой методики в медицинскую практику потенциально позволит избежать повторных операций у пациентов с переломами.
“Специальные каркасы (скаффолды) позволяют буквально вырастить утраченный фрагмент кости заново. Наш новый эксперимент показал, что треугольные, квадратные и шестиугольные поры являются одинаково пригодными для быстрого наращивания `костеобразующих` клеток остеобластов”, — отметила Галина Рыльцева, младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии новых биоматериалов СФУ и ассистент кафедры медицинской биологии СФУ.
Сравнивая разработанную в СФУ технологию производства ПГА с существующими аналогами, можно отметить снижение производственных издержек примерно на 50%. Это достигается за счет использования недорогих или бесплатных отходов вместо дорогостоящих исходных субстратов. При этом, по утверждению ученых, качество получаемого биополимера находится на уровне лучших зарубежных образцов.
Хотя основной фокус разработки направлен на медицинские имплантаты, в будущем ученые планируют расширить область применения биополимеров. Они видят потенциал в производстве биоразлагаемой упаковки и других экологически чистых изделий.
“Наша цель — создать доступную альтернативу традиционным полимерам, которая не только решает медицинские задачи, но и снижает нагрузку на окружающую среду”, — подытожил Алексей Дудаев.
