Специалисты Сибирского федерального университета (СФУ) разработали инновационную технологию производства отечественных каркасов, предназначенных для восстановления костной ткани. Уникальность подхода заключается в использовании отходов пищевой промышленности, например, остатков рыбопереработки, в качестве исходного сырья. По данным пресс-службы вуза, это позволило снизить зависимость от импортных компонентов и значительно сократить себестоимость готовой продукции по сравнению с существующими аналогами.
В современной медицинской практике при лечении тяжелых переломов, связанных с разрушением и потерей фрагментов кости, активно применяются биосовместимые каркасы, известные как скаффолды. Они выполняют роль основы для восстановления поврежденной ткани. Однако, как отмечают исследователи из СФУ, большинство российских разработок в этой области до сих пор полагаются на дорогостоящие зарубежные материалы.
В ответ на эту проблему ученые СФУ создали полный цикл производства биополимера, который позволяет получать медицинские имплантаты, используя доступное местное сырье.
Основой для новых имплантатов служат полигидроксиалканоаты (ПГА) — биополимеры, синтезируемые особыми бактериями. Ключевая особенность технологии, разработанной в СФУ, заключается в способности этих бактерий использовать в качестве источника углерода различные органические отходы, включая отработанный фритюрный жир и отходы рыбоперерабатывающих предприятий. Утилизация таких отходов обычно требует значительных затрат от производителей.
Исследователи интегрировали свою разработку в современный процесс биоинженерии. После компьютерной томографии поврежденного органа пациента создается цифровая модель индивидуального каркаса. Затем с использованием 3D-принтера и биополимерной нити (филамента) печатается необходимая деталь, которая впоследствии имплантируется в область 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», — пояснил Алексей Дудаев, ассистент базовой кафедры биотехнологии и кафедры медицинской биологии СФУ.
Помимо костных имплантатов, такие биополимеры перспективны для создания заживляющих пленок, шовных материалов и систем адресной доставки лекарств. Новейший научный результат, полученный учеными СФУ, — это биополимерные каркасы с точно задаваемой микроархитектурой пор для эффективного восстановления костных дефектов. Внедрение этой методики в клиническую практику может избавить пациентов от необходимости повторных операций после сложных переломов.
Как показал недавний эксперимент, каркасы со специальными порами (скаффолды) позволяют «вырастить» утраченный фрагмент кости заново. Младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии новых биоматериалов СФУ Галина Рыльцева отметила, что поры треугольной, квадратной и шестиугольной формы оказались одинаково эффективны для активного роста остеобластов — клеток, формирующих костную ткань.
Производственная технология ПГА, используемая в СФУ, позволяет снизить затраты примерно на 50% по сравнению с существующими аналогами, поскольку вместо дорогостоящих субстратов используются фактически бесплатные отходы. При этом качество получаемого полимера, по утверждению ученых, не уступает зарубежным образцам.
Хотя основное применение разработки связано с медицинскими имплантатами, в будущем ученые планируют расширить спектр использования биополимеров. Они могут быть применены для производства 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», — резюмировал Алексей Дудаев.
Исследование было поддержано Российским научным фондом, Красноярским краевым фондом науки и выполнено в рамках госзадания Минобрнауки России.
