«Маскировка» для имплантатов

В ТПУ разрабатывают покрытие для принятия искусственных суставов

Группа молодых ученых Томского политехнического университета — аспиранты и студенты — создает биоактивное покрытие для медицинских имплантатов. Благодаря своим свойствам такое покрытие сможет «убедить» организм не отторгать искусственные кости и суставы. Эта разработка уже получила поддержку Российского фонда фундаментальных исследований и золотую медаль Международной выставки «Росбиотех» в 2016 году.

«Свой» для иммунитета

Проблему отторжения имплантатов в Томском политехе планируют решить путем покрытия изделий биологически активными соединениями, являющимися аналогами цитокина интерлейкина-4.

— В основном отторжение имплантатов обусловлено негативной реакцией клеток иммунитета. Найдя в организме инородное тело, они могут вызывать воспаление и каскад реакций, ведущих к отторжению. Мы стараемся найти некий подход к успешной интеграции материала, — поясняет автор разработки, аспирант кафедры биотехнологии и органической химии Института физики высоких технологий ТПУ Ксения Станкевич.

Подход ученых ТПУ заключается в воздействии на макрофаги — клетки врожденного иммунитета. Их особенность в огромной пластичности, т. е. способности изменять свой фенотип до неузнаваемости. При разных условиях одни и те же клетки иммунитета могут как бороться с имплантатом, так и, напротив, стимулировать процесс заживления. Выполнение макрофагом той или иной функции зависит от характера получаемых им стимулов.

— Мы пытаемся синтезировать такие соединения, которые бы заставляли макрофагов дифференцироваться в положительный фенотип, — говорит Ксения Станкевич.

Интерлейкин-4 способен управлять иммунными клетками. Воспроизведя в лаборатории малый аналог этого соединения, ученые Томского политеха создадут биоматериал, способный «обманывать» иммунную систему и обеспечивать полную приживаемость имплантатов.

Биопокрытие для биоизделий

Разрабатываемые соединения-аналоги ученые Томского политеха планируют наносить на биоразлагаемые полимерные имплантаты. Материал для таких имплантатов также создали в вузе. Он способен постепенно метаболизироваться, что еще больше увеличивает вероятность благоприятного вживления протеза в организм человека.

- Из такого полимера, как правило, изготавливаются мелкие суставы. Также он используется в дентальной имплантологии. Кроме того, мы сотрудничаем с группой ученых под руководством Сергея Ивановича Твердохлебова, которые занимаются созданием матриксов — пористых «подложек» для культивирования клеток. Они используются для тканевой инженерии: на их основе выращивают органы для дальнейшей пересадки, — поясняет аспирант ТПУ.

Технологию нанесения покрытия также разработала Ксения Станкевич. Этот проект политехников два года назад поддержала крупнейшая биофармацевтическая компания Pfizer: на разработку аспирант ТПУ получила именную стипендию в размере 300 тысяч рублей.

- Для нанесения соединений-аналогов мы обрабатываем поверхность изделия специальной смесью, которая действует на поверхность, как вода на желатин. Благодаря этому после сушки биопокрытие надежно закрепляется на изделии, — объясняет технологию нанесения разработчик.

Политехники отмечают, что материал теоретически подходит и для нанесения на титановые имплантаты, из которых преимущественно изготавливают крупные кости для восстановления рук и ног. Таким образом, разработка ученых вуза станет универсальным помощником в имплантологии.

От модели к веществу

Сейчас ученые Томского политеха на стадии синтеза вещества. За полтора года, в течение которых они ведут работу над соединением, удалось пройти путь от компьютерной модели до осязаемого вещества.

- Конкретно с этими соединениями мы работаем около полутора лет, хотя ранее проводили исследования в смежной области. Идея создать биопокрытие возникла, когда мы обнаружили возможность материалов влиять на макрофаги. Тогда мы поняли, что можем разработать такую структуру, на которую клетки иммунитета будут всегда реагировать положительно, — рассказывает Ксения Станкевич.

Структуру соединений молодые ученые смоделировали, используя расчетные методы. Сейчас лабораторные опыты помогают им найти оптимальный состав соединения. По условиям гранта Российского фонда фундаментальных исследований на эту работу у ученых ТПУ есть еще 1,5 года.

Елизавета Муравлева