Специалисты Сибирского федерального университета (СФУ) разработали метод производства отечественных каркасов для восстановления костей, используя отходы пищевой промышленности, например, остатки рыбопереработки. Эта инновация позволяет уменьшить зависимость от импорта сырья и добиться более низкой себестоимости продукции по сравнению с существующими аналогами.
В современной медицине для лечения тяжелых переломов, особенно при раздроблении и потере части кости, применяются специальные биосовместимые конструкции — скаффолды. Они играют ключевую роль в восстановлении поврежденной ткани. Однако, как отмечают исследователи СФУ, большинство используемых в России решений в этой области опираются на дорогостоящие импортные материалы.
Для преодоления этой проблемы ученые вуза создали собственный полный цикл производства биополимера. Это позволяет изготавливать медицинские имплантаты, используя доступное местное сырье.
Основой разработанных имплантатов служат полигидроксиалканоаты (ПГА) — биополимеры, которые синтезируются особыми бактериями. Уникальность технологии СФУ заключается в возможности использования в качестве питательной среды для этих бактерий различных органических отходов, содержащих углерод. В их числе — отработанный фритюрный жир или отходы рыбопереработки, утилизация которых обычно требует значительных затрат от производителей.
Исследователи интегрировали свою разработку в современный высокотехнологичный процесс биоинженерии. Он включает несколько этапов: сначала выполняется компьютерная томография пострадавшей кости пациента, затем моделируется индивидуальный каркас, оптимально подходящий для конкретного случая. После этого на 3D-принтере из специально созданной биополимерной нити (филамента) печатается необходимая деталь, которая имплантируется в область перелома.
Ассистент кафедр биотехнологии и медицинской биологии СФУ Алексей Дудаев подчеркнул: «В отличие от большинства компаний, которые закупают готовые зарубежные филаменты, мы самостоятельно производим экструзионную нить. Это дает нам возможность гибко варьировать ее свойства под различные потребности. Важно отметить, что все используемые компоненты, от бактериальных штаммов до оборудования, произведены в России».
Помимо костных имплантатов, такие биополимеры обладают потенциалом для создания ранозаживляющих пленок, хирургических шовных нитей и систем для адресной доставки лекарственных препаратов. Однако, по словам ученых, самым значимым достижением в работе с этим материалом на данный момент является разработка биополимерных каркасов с контролируемой микроархитектурой, предназначенных для эффективного восстановления костных дефектов. Исследователи полагают, что внедрение этой методики в клиническую практику позволит пациентам с переломами избежать необходимости в повторных операциях.
Младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии новых биоматериалов СФУ, ассистент кафедры медицинской биологии СФУ Галина Рыльцева пояснила: «Эти специальные каркасы, или скаффолды, фактически дают возможность вырастить утраченный фрагмент кости заново. Наш недавний эксперимент подтвердил, что поры различной геометрической формы — будь то треугольные, квадратные или шестиугольные — одинаково эффективно способствуют быстрому росту остеобластов, клеток, формирующих костную ткань».
По сравнению с существующими аналогами, технология производства ПГА, разработанная в СФУ, позволяет сократить производственные затраты примерно на 50%. Это достигается за счет использования доступных отходов вместо дорогостоящих субстратов. При этом, как утверждают исследователи, качество получаемого полимера не уступает зарубежным образцам.
Хотя основное применение новой разработки связано с медицинскими имплантатами, ученые планируют в перспективе расширить область использования биополимеров. В частности, их можно применять для создания биоразлагаемой упаковки и других экологически безопасных изделий.
Алексей Дудаев резюмировал цель проекта: «Мы стремимся создать доступную альтернативу традиционным полимерам, которая не только успешно решает важные задачи в медицине, но и способствует снижению негативного воздействия на окружающую среду».
Дмитрий Верхов