Сергей Лермонтов, Алексей Салимон, Федор Сенатов.
Российские ученые протестировали новый способ формирования сверхвысокомолекулярного полиэтилена с пористой структурой. Метод позволяет создавать в полиэтилене поры нужного размера и воспроизводить сложное строение костной ткани. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Materials. Исследование проводится при поддержке Российского научного фонда.
«Сверхвысокомолекулярный полиэтилен – перспективный материал для восстановительной хирургии, – поясняет автор исследования Алексей Салимон, сотрудник Сколковского института науки и технологий. – Например, в комбинации с коллагеном и гидроксиапатитом – минералом, из которого наполовину состоит костная ткань, – из него можно создавать многослойные костно-хрящевые имплантаты».
Сегодня сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) уже используется в современных искусственных суставах наряду с металлами и керамикой. Это плотный полимер из очень длинных линейных цепочек полиэтилена, прочный и безопасный для живых тканей – он биоинертен, то есть не вызывает каких-либо реакций организма. Благодаря этим свойствам материал можно использовать для создания и других типов имплантатов, например, искусственных костей. Такой имплантат должен быть пористым, чтобы в него прорастали кровеносные сосуды и мигрировали костные клетки. Однако создать сложные внутренние структуры в сверхвысокомолекулярном полиэтилене непросто. Например, 3D-печать здесь не поможет, поскольку при плавлении СВМПЭ остается слишком вязким. Проблему решает предложенная ранее в НИТУ МИСиС технология, согласно которой полимер смешивают с поваренной солью. Из готового изделия соль удаляют, растворяя ее в обычной воде. В ходе проекта РНФ химики и инженеры впервые изучили структурные особенности пористого материала, полученного таким способом, и доказали, что технология позволяет управлять размером пор.
READ Разногласий не было: Россия на пути приостановки ДРСМД
В эксперименте использовали уже готовый полиэтилен в виде порошка. Его и поваренную соль просеяли, разделив по размеру частиц на четыре фракции. Далее порошок полиэтилена и соль смешали в соотношении 1:9 – такое высокое содержание соли было необходимо, чтобы получить полимер с большим объемом пор. Смеси спекали при температуре 180 °C и под давлением формировали из них одинаковые цилиндры. Затем соль удалили, в течение двух суток промывая изделия теплой водой.
Ученые протестировали материал на прочность при сжатии и эластичность. Также его изучили с помощью электронного микроскопа и подтвердили, что диаметр пор и толщина стенок между ними зависят от размера исходных частиц. Механические свойства материалов оказались практически одинаковыми независимо от размера пор. Модуль упругости Юнга, который описывает способность материала сопротивляться растяжению, у пористого полимера ожидаемо оказался значительно ниже, чем у плотного. Его значения находятся в диапазоне от 1 до 2,5 мегапаскалей, что соответствует характеристикам мягких тканей, а не костей. В таких условиях клетки кости не могут нормально функционировать, поскольку им требуется более твердая подложка. Но в комбинации с другими материалами из полиэтилена вполне возможно создать искусственную кость, которую постепенно заполнят клетки костной ткани.
READ Пожар на складе боеприпасов под Красноярском потушен
«Пористый СВМПЭ может быть идеальной основой для сложных экспериментов с клеточными культурами, – подчеркивает Сергей Лермонтов, руководитель проекта РНФ, заведующий лабораторией новых синтетических методов Института физиологически активных веществ РАН. – Клетки, выращенные на плоской поверхности, ограничены в росте и взаимодействиях, а на 3D-основе можно создать близкие к существующим в живом организме условия. Мы уже провели эксперименты по выращиванию на сверхвысокомолекулярном полиэтилене клеток злокачественной опухоли нервной системы человека – нейробластомы».
