Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Университета Авейру (Португалия) и ряда других зарубежных университетов разработали полимерный материал, сочетающий сразу два свойства, важных для дальнейшего применения в медицинских имплантатах. Он одновременно и биоразлагаемый, то есть способный со временем растворяться в организме человека, и обладает улучшенными пьезоэлектрическими свойствами — производит электрический заряд, ускоряющий регенерацию тканей.

Улучшить пьезоэлектрические свойства материала удалось за счет «примеси» из хлопьев двумерного восстановленного оксида графена. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Energy (IF: 17,881; Q1), работа поддержана мегагрантом российского правительства.

«Материалы с пьезоэлектрическими свойствами сегодня очень интересны для регенеративной медицины, потому что они могут производить электрический заряд без внешнего источника электрической энергии — скажем, если материал скрутить или деформировать другим образом. Электрические импульсы помогают стимулировать восстановление живых тканей, таких как костная или нервная, после травмы. Однако хорошие пьезоэлектрики, как правило, не биодеградируемые. Биодеградация — очень важное свойство для имплантата: такой имплант не нужно извлекать после восстановления тканей, он просто распадается на безвредные составляющие. Нужно понимать, что извлечение — это новая операция, травмирование тканей и риск занесения инфекции», — говорит один из авторов статьи, научный сотрудник международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Чернозем.

По внешнему виду полученный материал напоминает ткань сероватого цвета. Эта волокнистая конструкция имитирует «строительные леса» и называется «скэффолд». Клетки буквально заполняют ее, формируя новые ткани в месте травмы.

«Нам удалось сделать материал с очень хорошими пьезоэлектрическими свойствами, при этом биодеградируемый. В мире таких полимеров — единичные наименования, — поясняет директор исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Роман Сурменев. — За основу мы взяли доступный биоразлагаемый полимер поли-3-оксибитурат, с которым ранее уже работали. В исходный полимерный раствор добавили нанохлопья восстановленного оксида графена. Эта добавка, как мы и прогнозировали, существенно изменила молекулярный состав и структуру полимера».

У полученных гибридных скэффолдов в 9,5 раза вырос электрический заряд (потенциал) на поверхности и в 2,5 раза пьезоэлектрический отклик по сравнению с чистым немодифицированным полимером. Также впервые были изучены пьезоэлектрические свойства самого полимера на наноуровне. По словам авторов статьи, пьезоэлектрические свойства разработанных гибридных биоразлагаемых скэффолдов превосходят пьезоотклик костной ткани человека и коллагена.

В дальнейшем ученые намерены исследовать, как новый материал взаимодействует с живыми клетками и тканями, чтобы в перспективе его можно было использовать для изготовления биодеградируемых имплантатов самого широкого спектра применений.

«Материал перспективен для имплантатов в костно-тканевой инженерии, восстановления нервных и других жизненно важных типов тканей», — добавляет директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Андрей Холкин.