Графен, являющийся углеродным материалом толщиной в один атом, способен стать ценным помощником врачей в терапии травм и врожденных аномалий костной ткани.
Результаты серии уникальных экспериментов, проведенных на лабораторных крысах, продемонстрировали, что каркасы из графена обеспечивают почти 90% восстановление поврежденной кости всего за месяц — это результат, который превосходит все остальные материалы, использованные в исследовании.
Работа бразильских ученых была координирована профессором Израильского научного центра Альберта Эйнштейна Даниэлой Франко Буэно и профессором Инженерной школы Университета Сан-Паулу Гильерме Ленцем е Силва. По словам Буэно, технология находится на продвинутом этапе доклинической разработки. «Мы уже наметили четкий план применения новой методики в клинических испытаниях на следующих стадиях», — отмечает она.
Примечательно, что исходным сырьем для создания углеродных структур послужил черный щелок — побочный продукт целлюлозно-бумажной отрасли, представляющий собой темный раствор, содержащий остатки древесины и органические соединения, который чаще всего просто утилизируется. Из этого углеродного вторсырья специалисты разработали наноструктуры, комбинируя графен, оксид графена и нанографит с биополимерами хитозаном (получаемым из панцирей ракообразных) и ксантаном (продуктом бактериального происхождения).
Ключевая особенность этих материалов заключается в том, что они функционируют не как стандартные протезы. Это не инертная металлическая конструкция, которая остается в теле навсегда, но и не простой рассасывающийся полимер. «В контексте тканевой инженерии эти материалы действуют как биоактивные каркасы — временные структуры, которые направляют, стимулируют и ускоряют регенерацию костной ткани», — объясняет Буэно. Каркас динамически взаимодействует с клетками организма: привлекает стволовые клетки, способствует образованию сосудов и затем постепенно замещается новой костью.
Сочетание хитозана и графена оказалось особенно удачным: каждый компонент способствует эффективности нового материала. Хитозан легко формуется, имеет контролируемый процесс разложения и хорошо воспринимается организмом. Графен же способствует прикреплению клеток к каркасу, образованию новых сосудов и специализации костных клеток. «Эта синергия создает трехмерную структуру, которая является не просто физическим каркасом, а биологически активной средой, способной стимулировать клетки к быстрому и организованному формированию кости», — подчеркивает Буэно.
В эксперименте 16 крысам с переломами большеберцовой кости имплантировали каркасы различных составов. Все варианты материалов продемонстрировали заметное восстановление, но каркасы на основе графена показали наибольшую эффективность.
На следующем этапе ученые намерены объединить графеновые каркасы со стволовыми клетками — в частности, извлеченными из пульпы молочных зубов. «Мы не заменяем ткани, а учим организм восстанавливать их самостоятельно», — отмечает Буэно. Эта технология может быть применена при лечении сложных переломов, реконструкции костных дефектов и врожденных аномалий.
Исследователи также обнаружили у графена антибактериальные свойства.
Фото: hi-tech.mail.ru