Ученые разработали 3D-биоэлектрический имплантат для восстановления сложных дефектов костей. Новая технология ускоряет рост сосудов в 3,1 раза, костной ткани - в 4,6 раза, сообщили ТАСС в пресс-службе Томского политехнического университета (ТПУ).

"Ученые ТПУ в составе международной коллаборации разработали 3D-биоэлектрический имплантат, который помогает восстанавливать сложные дефекты костей. Благодаря действию внешнего магнитного поля материал сам создает слабые электрические сигналы, похожие на естественные сигналы живой костной ткани. Результаты in vivo исследований показали, что такой имплантат ускорил образование костной ткани за счет роста вокруг нее нервных волокон и кровеносных сосудов", - сообщили в вузе.

Для восстановления кости после травмы нужна не только новая костная ткань, но и нервы с сосудами - без них регенерация идет хуже. Один из перспективных методов - электрическая стимуляция, которая имитирует естественные сигналы кости, возникающие при нагрузке. Однако традиционные способы электрической стимуляции требуют внешних источников питания, проводов и электродов, что делает метод инвазивным и повышает риск осложнений.

По словам доцента Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Романа Чернозема, в новом импланте наночастицы имеют ядро и оболочку. Внутри - феррит марганца, снаружи - пьезоэлектрическая оболочка из перовскита модифицированного титаната бария. Когда частицы попадают в магнитное поле, ядро слегка меняет форму, а оболочка превращает это движение в электрический сигнал. Он запускает восстановление тканей. Получается, что имплантат работает и как временная опора для клеток, и как активная электрическая платформа: он активирует нервные клетки, поддерживает рост сосудов и направляет процесс формирования кости. Магнитоэлектрическая стимуляция повышает уровень кальция в клетках почти в два раза, а также активирует сигнальные пути, отвечающие за рост и восстановление тканей.

Исследования на дефектах бедренной кости у мышей показали, что уже через две недели появляются признаки роста нервных клеток и запускается развитие костной ткани, а через восемь недель - выраженное восстановление кости с прорастанием нервов и сосудов. По сравнению с контрольными группами, стимуляция ускорила формирование нервов и сосудов в 3,1 раза, а костной ткани - в 4,6 раза.

"Главным преимуществом нового подхода к регенерации тканей является совмещение технологий 3D-печати и использование беспроводной электрической стимуляции в одной платформе, воспроизводящей внеклеточный матрикс поврежденных тканей человека и состоящей из биорезорбируемого полимерного материала на основе желатина и биосовместимых магнитоэлектрических наночастиц. В перспективе подобные 3D-платформы можно использовать для восстановления не только костей, но и других сложных тканей, где важно управлять сразу несколькими процессами - ростом клеток, сосудов, нервов и межклеточным обменом", - отметил директор Международного научно-исследовательского центра "Пьезо- и магнитоэлектрические материалы" Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Сурменев.

Об исследовании

В работе участвовали ученые Международного научно-исследовательского центра "Пьезо- и магнитоэлектрические материалы" Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Шанхайского института керамики (Китай), Университета Китайской академии наук (Китай), ТГУ, Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, МИСиС и Университета Авейру (Португалия). Результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS NANO.

По материалам сайта ТАСС