Гелиевая плазма — для инженерии костной ткани
В БФУ им. И. Канта разработан метод повышения биосовместимости полимерных нанокомпозитов
Исследователи из научно-образовательного центра «Умные материалы и биомедицинские приложения» Балтийского федерального университета им. И. Канта (БФУ) предложили новый подход для улучшения адгезивных свойств полимерных материалов, используемых в регенеративной медицине и тканевой инженерии. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Polymer.
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Одним из перспективных материалов для создания функциональных субстратов и имплантатов в области тканевой инженерии является поливинилиденфторид (PVDF) — биосовместимый полимер, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. Однако его гидрофобная поверхность затрудняет адгезию (прикрепление) клеток, что ограничивает применение PVDF в биомедицине.
Ученые БФУ предложили простой и эффективный метод модификации поверхности нанокомпозитов на основе PVDF с помощью обработки гелиевой плазмой. Всего за 60–90 секунд такой обработки удалось значительно увеличить шероховатость и гидрофильность поверхности материалов, что привело к улучшению адгезии мезенхимальных стволовых клеток человека.
«Процесс восстановления костных повреждений, полученных в результате возрастных изменений или травматических повреждений,— сложный и долгий процесс, сопряженный с высоким риском развития осложнений. Использование биомиметических материалов в регенеративной медицине может ускорить и упростить этот процесс за счет стимуляции пролиферации (размножения) и дифференциации (специализации) стволовых клеток человека. Подобные материалы должны быть биосовместимыми и иметь хорошие адгезивные свойства, чтобы обеспечить необходимую стимуляцию клеток.
В данном исследовании продемонстрирован потенциал метода гелиевой плазменной модификации в качестве инструмента, позволяющего улучшить адгезивные свойства наших нанокомпозитов. Новизна нашего подхода заключается в использовании плазмы гелия, тогда как ранее для этих целей применяли плазму других газов — аргона, кислорода, азота и смесей газов. Кроме того, мы работаем не только с чистым PVDF, но и с композитами на его основе, содержащими магнитные наночастицы. Это открывает возможности для дистанционной стимуляции клеток, культивируемых на поверхности таких материалов, с помощью переменного магнитного поля»,— рассказывает Валентина Антипова, молодой исследователь научно-образовательного центра «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ им. И. Канта.
Разработанный метод позволяет направленно изменять свойства поверхности композитных материалов, не влияя на их магнитные и структурные свойства. Это важно для потенциального применения таких материалов в качестве субстратов и имплантатов, способствующих росту и дифференциации стволовых клеток в клетки костной ткани под действием внешних биофизических факторов.
Полученные результаты вносят вклад в развитие методов создания функциональных биоматериалов с улучшенной биосовместимостью. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение клеточных и тканевых ответов на модифицированные поверхности, а также на оценку влияния магнитной и пьезоэлектрической стимуляции на пролиферацию и дифференциацию стволовых клеток, культивируемых на поверхности таких субстратов.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда №21–72–30032.