Коллектив исследователей Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (ННГУ) достиг значимого прорыва в сфере медицинских биоматериалов. Благодаря смелым инновационным подходам, в университете создан передовой композит для 3D-печати новых человеческих тканей, в составе которого объединены природный полимер хитозан и востребованный в биопринтинге поликапролактон. Этот материал может стать базой для создания искусственных кожных покровов, сосудов, а также воспроизведения широкого спектра других тканей человеческого организма. Обладая термопластичностью, материал хорошо поддается печати, способствует быстрому восстановлению тканей и безопасно элиминируется из организма после выполнения своей биологической роли.
Инновационные композиты от ученых ННГУ
Разработка новых биоматериалов велась сотрудниками кафедры высокомолекулярных соединений и коллоидной химии вместе с представителями Института биологии и биомедицины университета. Работа продолжила изучение сочетания хитозана с разными термопластиками, среди которых ранее рассматривался полилактид. Новый проект, основанный на соединении хитозана и поликапролактона, продемонстрировал еще более обнадеживающие результаты, открыв широкие перспективы для инженерии тканей.
Преимущества сочетания хитозана и поликапролактона
Состав содержат исключительно биосовместимые полимеры: гидрофильный хитозан и гидрофобный поликапролактон. Хитозан — признанный в медицине компонент, применяемый в производстве раневых покрытий и восстанавливающих средств благодаря своей способности удерживать влагу и способствовать заживлению. Однако сам по себе поликапролактон не предоставляет клеткам возможности эффективно прикрепляться к поверхности. Именно совместное использование этих двух веществ позволило добиться идеального баланса: гидрофильность хитозана улучшает клеточную адгезию, а поликапролактон обеспечивает прочность и эластичность конечного продукта. Такое сочетание расширяет диапазон возможных применений композита — от биопластырей до формирования искусственных участков для сложных операций.
Перспективы биопринтинга и индивидуального подхода
Научный сотрудник Иван Родионович Леднев, участвовавший в исследовании, отмечает ключевую особенность новой технологии: изменениям структуры и состава материала легко подвергнуть путем простого варьирования соотношения полимеров. Это позволяет точно подстраивать свойства материала под конкретные задачи: создать пластырь для быстрой регенерации кожи или матрицу для имплантации кровеносных сосудов, а со временем даже сложную поддерживающую структуру при реконструкции легочной ткани. Появление гибких, биосовместимых и вместе с тем прочных имплантатов способно впоследствии заменить тяжелые и менее адаптируемые титанные конструкции, что положительно скажется на процессе восстановления пациентов и их реабилитации.
Будущее: к биоматериалам для костной регенерации
Опираясь на полученные успехи, ученые уже наметили новые шаги. На сегодняшний день материал активно тестировался на клетках кожи — фибробластах, известных способностью эффективно регенерировать соединительные ткани. Однако дальнейшие планы команды включают в себя и создание композитов для восстановления костных структур. Для этого в смесь будут вводиться минеральные наполнители — такие как гидроксиапатит или керамические фосфаты, полностью биосовместимые и имитирующие состав натуральной костной ткани. Внедрение таких добавок сделает композит не только структурно прочным, но и максимально близким к естественным тканям по параметрам биоактивности. Старт следующего этапа исследований запланирован уже на ближайший учебный год.
Наукоемкая поддержка, патенты и гранты РНФ
Технологическая новинка уже защищена патентом, выданным в 2024 году, и реализуется при содействии Центра трансфера технологий университета. Особую роль в развитии проекта сыграла грантовая поддержка Российского научного фонда (РНФ) по программе создания биодеградируемых, антибактериальных материалов для тканевой инженерии. Программа предполагает разработку композитов на основе полисахаридов и коллагена, что дает мощный импульс дальнейшему развитию российской биомедицинской отрасли. Благодаря этому финансированию исследовательская группа ННГУ уверенно смотрит в будущее и планирует ввести новые производственные этапы, включая создание специальных наполнителей для тканевой инженерии и разработку новых методов масштабируемого синтеза.
Оптимизация технологии: повторное использование растворителей
Экологический и экономический аспекты производства новых биоматериалов также стали предметом внимания исследователей. Сейчас синтез сополимера идет в жидкой среде, при этом содержание самого материала в растворе составляет не более 9-10%. После отделения композита растворители приходится утилизировать, что увеличивает материалозатраты. Команда планирует внедрить инновационный метод осаждения полимера с применением несмешивающихся растворителей (осадителей): это позволит быстро отделять продукт, а растворители собирать и возвращать обратно в технологический цикл, сокращая издержки на сырье и снижая экологическую нагрузку на окружающую среду.
Поддержка Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, а также современное оснащение лабораторий ННГУ, позволяет молодым ученым развивать перспективные направления и делать вклад в мировые достижения биомедицинской инженерии. Исследования новой эпохи в российской науке создают возможности для внедрения в практику технологии, которые подарят миллионам людей здоровье и качество жизни нового поколения.
Фото: пресс-служба ННГУ им. Н.И. Лобачевского
Источник: scientificrussia.ru
