Научные публикации Статьи

Биомиметические материалы – имитация природных структур

Нановолокна представляют собой прекрасную основу костной ткани, обладая высокой пористостью, что приближает их к экстрацеллюлярному матриксу.

Чл.кор. НАНУ. И.С. Чекман, проф. Н.А. Горчакова
Национальный медицинский
университет имени А.А. Богомольца

Биомиметические материалы (греч. «bios» — жизнь, «mimeticos» — наследовать, имитировать, повторять, подобный) представляют собой синтетические материалы, которые могут быть аналогами фрагментов тканей и органов или биологически активных продуктов метаболизма живых структур.

Иван Сергеевич Чекман, Член-корреспондент НАНУ, Член-корреспондент АМНУ, проф.
Иван Сергеевич Чекман, Член-корреспондент НАНУ, Член-корреспондент АМНУ, проф.

Последнее годы в медицину, биологию, фармакологию, фармацию внедрено много новых понятий, одним из которых являются биомиметические материалы.

Биомиметические материалы – это макро-, микро- и наноразмерные структуры. Внедрение биомиметических материалов в медицину является перспективным направлением, потому что поможет создавать новые лекарственные средства, импланты, улучшить экологию внешней среды, интенсифицируя также решение экономических вопросов.

К биомиметическим средствам можно отнести синтезированные лекарственные средства, которые являются аналогами биологически активных соединений организма и внедрены в медицинскую практику. К ним можно отнести инозин (рибоксин), калия хлорид и оротат, магния сульфат и оротат (магнерот), таурин (дибикор), аденозин, кислоту глутаминовую, аргинина аспартат (тивортин), кальция хлорид, глицерофосфат, глюконат, цитрат, натрия хлорид, кораргин (рибоксин + аргинин), аспаркам (калия и магния аспарагинат), ритмокор (калия и магния глюконат), АТФ-лонг (калий, магний, АТФ, гистидин), адреналина гидрохлорид и гидротартрат, норадреналина гидротартрат, дофамин и другие.

Большая группа биомиметических материалов представлена наночастицами и нанокомпозитами, которые начинают внедрять в ортопедии и травматологии, регенеративной медицине, иммунологии и других направлениях медицины.

Часто встречающиеся дефекты костной ткани у человека при опухолях, травмах не всегда способны к самостоятельному обновлению. Трансплантация тканей от донора имеет ряд недостатков, в том числе и ограниченность размеров материала, а порой и его сомнительные свойства. Одним из направлений исследований биомиметических материалов является выяснение возможностей их применения в имплантологии, что является чрезвычайно актуальной и важной проблемой, потому что при ее положительном решении будет обеспечено быстрое выздоровление и возвращение работоспособности пациентам с переломами костей.

Биомиметические материалы, содержащие наночастицы и их композиы, помогают разработке имплантов костной ткани, которые должны быть высокобио-совместимыми, эластичными, прочными, малотоксичными, а также содержать остеоиндуктивные факторы роста. Процесс минерализации биокомпозитных материалов происходит благодаря способности имитировать химический состав натуральной костной ткани. Создание нанокомпозита, который содержит два слоя кальция фосфата, а основой служат нановолокна желатина, обладающего капиллярным эффектом, интенсифицирует построение костной ткани. Наночастицы кальция фосфата, объединенные с аллотрансплантатом, способствуют регенерации костной ткани благодаря активации остеобластов. С этой же целью используют наночастицы гидроксиапатита. На основе наночастиц гидроксиапатита создан нанокомпозитный мате риал, в котором наночастицы гидроксиапатита выполняют вспомогательную роль, а основная резорбтивная роль принадлежит наночастицам трикальций фосфата, кальция пирофосфата и другим наночастицам кальция. Наночастицы гидроксиапатита объединяют с наночастицами титана, что способствует с одной стороны экспрессии генов, а с другой стороны – улучшает свойства костного имплантата, а именно придает ему шероховатость, пористость, способность абсорбировать протеины.

Последнее свойство интенсифицирует и облегчает регенерацию костей. Для модификации ортопедических и стоматологических имплантов вначале соединяют наночастицы    гидроксиапатита с розетковыми наноструктурами, а затем покрывают их наночастицами титана.

Наночастицы магния, инкорпорированные в титановые поверхности, повышают остеоинтеграцию имплантов. В тканевой инженерии для замещения участков повреждений, в том числе костей, можно использовать карбоновые нановолокна.

Нановолокна представляют собой прекрасную основу костной ткани, обладая высокой пористостью, что приближает их к экстрацеллюлярному матриксу. На основе карбоновых нанотрубок, которые имеют нейтральный электрический заряд, клетки костной ткани растут и пролиферируют, заменяя дефекты костной ткани после удаления опухолей, травм, при врожденных дефектах.

Биомиметические материалы можно использовать для создания искусственных сосудов, клапанов сердца, хрусталиков глаза, элементов эндопротезов суставов, искусственных сухожилий, мышечных связок, деталей аппаратов искусственного сердца и искусственной почки

 

Комментировать

Нажмите для комментария

Мы на Facebook