20 March 2023, 22:00

Наночастицы стали основой фотосшиваемых «чернил» для 3D-печати имплантатов

Современная тканевая инженерия позволяет восстанавливать достаточно большие дефекты различных тканей человека — мышечной, костной, соединительной и других. Для этого применяются имплантаты на основе комбинаций клеток пациента и специальных материалов, служащих им трехмерной подложкой, — скаффолдов. Материалы для последних в идеале должны иметь структуру и характеристики, близкие к таковым у природного внеклеточного матрикса, а еще быть биоактивными, то есть содержать на своей поверхности молекулы, с которыми клетки могут связаться и получить сигнал о миграции, прикреплении, делении и дифференцировке. Некоторые материалы, например, на основе коллагена, уже обладают такими участками, тогда как к другим их можно прикрепить. Еще одно преимущество — биорезорбируемость, то есть разрушение в организме, что полезно, когда по мере восстановления клетки сами начнут синтезировать межклеточное вещество, и в искусственном уже не будет необходимости. Если соблюдены все эти требования, скаффолд может стать тем самым строительным лесом, на котором клетки создадут полноценную функциональную ткань. 

Коллектив ученых из Санкт-Петербургского университета, Института высокомолекулярных соединений РАН и Университета Ганновера разработал новую технологию 3D-печати материалов для тканевой инженерии путем фотосшивания частиц полилактата и нанокристаллической целлюлозы (они выступили «чернилами» для принтера). Эти вещества химически модифицировали, навесив на них остатки метакрилата с двойными связями, которые затем могут вступать в радикальную реакцию полимеризации, запускаемую ультрафиолетом в присутствии фотоинициатора. 

Главное преимущество использования наночастиц состоит в том, что они, в отличие от массивных материалов, применяемых в трансплантологии, позволяют создавать структуры, подражающие сложноорганизованным биологическим тканям. Такие материалы необходимо использовать, когда структура имплантата должна быть неоднородна, как, например, человеческая кость, имеющая жесткую внешнюю и пористую внутреннюю структуру. Другой пример — контакты костной и хрящевой ткани, требующие восстановления после травмы.

По словам авторов исследования, «чернилами» также могут быть суспензии различных наночастиц, обладающих разной жесткостью, с применением нескольких печатающих головок 3D-принтера — это позволит создавать скаффолды, обладающие градиентом механических свойств. Кроме того, частицы можно модифицировать биологическими компонентами, которые будут распределяться в пространстве скаффолда при 3D-печати, таким образом создавая основу для формирования, например, кровеносных сосудов или межтканевых контактов.

News article publications

Read also

Предложен новый способ безыгольных инъекций
Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами представили инновационный способ безыгольных инъекций. Проведенные исследования показали эффективность предложенной схемы и возможность к широкому применению.
Medicine
Microbiology
Nanomedicine
9 February 2024
Разработаны таргосомы — наночастицы для лечения и диагностики рака
Исследователи Института биофизики будущего МФТИ разработали инновационный класс наночастиц — таргосомы — для терапии и диагностики онкозаболеваний. Наночастицы прошли лабораторные испытания на грызунах. Эффективность уничтожения опухоли составила более 90%.
Biochemistry
Cancer Research
Nanomedicine
29 December 2023
Полимерный слой позволяет защитить аккумуляторы от возгорания
Ученые обнаружили, что слой полимера, нанесенный между слоями фольги и катодного вещества в литий-ионном аккумуляторе, позволяет предотвратить его возгорание или взрыв. Предложенный авторами полимер проводит электричество, но, как только напряжение становится выше, чем то, на которое рассчитан аккумулятор, соединение окисляется и перестает проводить ток. Благодаря этому аккумулятор, использующийся в смартфонах и электромобилях, не перегревается и абсолютно не способен самовозгораться.
"Green" chemistry
"Green" technologies
Electrochemistry
Polymer Chemistry
11 December 2023
Новая подложка для мембран в 2 раза повысит скорость очистки природного газа
Ученые создали «идеальную» подложку для мембран, которые используются для очистки природного газа от тяжелых углеводородов. Такие молекулы нужно удалять, поскольку они могут конденсироваться в трубопроводе, что будет негативно сказываться на его работе. Новая подложка из полисульфона обладает идеальным сопротивлением, то есть практически не препятствует транспорту газа через газоразделительную мембрану. Это поможет более чем в 9 раз сократить энергетические затраты на разделение природного газа и повысит скорость его очистки более чем в два раза.
Composites
Energy industry
Polymer Chemistry
17 November 2023
Новый метод оценки риска метастазирования опухоли
Ученые МФТИ протестировали эффективность нового метода оценки риска метастазирования опухоли. Выяснив, что подвижные и пластичные раковые клетки обладают «повышенным аппетитом», исследователи предложили им флуоресцентные наночастицы. Оказалось, что чем агрессивнее опухоль, тем больше частиц она поглощает и тем интенсивнее будет свечение образца ткани под микроскопом. Этот недорогой и несложный в техническом плане метод поможет гораздо быстрее подобрать оптимальную на конкретной стадии заболевания терапию для пациента.
Cancer Research
Cell Biology
Nanomedicine
22 September 2023
Разработаны наночастицы для уничтожения внутриклеточных хламидий
Ученые из России и Франции предложили использовать мезопористые наночастицы на основе металл-органических каркасных соединений для борьбы с бактериальными внутриклеточными паразитами — хламидиями. Проведенные исследования показали, что такие наночастицы способны проникать в клетку-хозяина, достигать внутриклеточных пузырьков (включений), которые занимают хламидии, и выделять инкапсулированные лекарственные вещества в непосредственной близости от бактериальной клетки, что позволило применить фотодинамический подход для инактивации патогена.
Cell Biology
Infectious diseases
Nanomedicine
17 September 2023