Наука в тренде: химики ТГУ предлагают использовать криогели в хирургии

ТОМСК, 26 июн – РИА Томск. Эксперименты с гелеобразными материалами – это один из трендов реконструктивной хирургии. Идея заключается в том, чтобы использовать гель в паре с имплантатом и таким образом ускорить процесс восстановления части кости пациента. Что предлагает Томский государственный университет (ТГУ) в этом направлении – в обзоре РИА Томск. Ранее сообщалось, что химики ТГУ разрабатывают гелевый материал, который позволит хирургам заполнять пустые полости, остающиеся после сборки костных обломков, установки имплантатов или устранения костных дефектов. Они рассчитывают, что этот проект поможет создать доступные и надежные биосовместимые тканеинженерные конструкции для пациентов. Научный бэкграунд В центре проекта ТГУ – кандидат наук Дарья Лыткина. Она рассказала РИА Томск, что в студенческие годы поставила в приоритет работу с новыми материалами для медицины: Дарья была частью команд, работающих с биоразлагаемыми полимерами, применяемыми, например, для изготовления ортопедических имплантатов и хирургических нитей. Также Лыткина проводила исследования гидроксиапатита. В природе этот минерал составляет основу кости. В современной медицине используют его синтетический аналог – гидроксиапатитом заменяют некоторые части сломанных костей, а покрытие на его основе наносят на имплантаты для ускорения нарастания новой кости. К моменту поступления в аспирантуру ТГУ Дарья разработала керамический материал: жесткий пористый материал для хирургии. В этом проекте она отметила, что даже если из керамики сделать имплантат нужной формы, прикрутить его к кости, провести все эти действия при строгом соблюдении всех медицинских требований, то и в этом случае у пациента могут быть осложнения. А все из-за пустот, которые образуются между костью и имплантатом. "Что может происходить в пустотах: здесь скапливается жидкость, гной. Здесь не могут расти клетки кости – просто не на чем. Значит, мы должны чем-то заполнить пространство", – рассказывает Дарья. Так появилась идея дополнять имплантаты гелевыми материалами – криогелями. Хирургическое "желе" Работу с криогелями Лыткина проводит на базе кафедры природных соединений, фармацевтической и медицинской химии, где она получила место научного сотрудника после окончания аспирантуры. "Когда мы обнаружили, что есть возможность получать такие гели, мы решили соединить наши предыдущие наработки, в том числе по гидроксиапатиту. Так возникла идея проекта, который сейчас нами успешно выполняется", – комментирует Дарья. Конечный материал можно сравнить с желе или холодцом – его тоже получают с помощью заморозки и оттаивания. Дарья приводит еще один пример – рахат-лукум: такой же мягкий по консистенции, упругий, легкий, к тому же ему можно придать любую форму. В качестве основы для производства геля химики ТГУ используют поливиниловый спирт и гидроксиапатит. Как отмечается на сайте ТГУ, гели поливинилового спирта нетоксичны, гидрофильны, биосовместимы, обладают пористой структурой и высоким содержанием свободной воды, как и естественный суставной хрящ. Однако у них низкие механические свойства, кроме того, они не могут образовывать биологические связи между имплантатом и живыми тканями. Гидроксиапатит нужен, чтобы убрать эти недостатки. "Как следует из научной литературы, эксперименты по гелям для хирургии уже ведутся в мире. Но до сих пор нет готового материала. Гелевые материалы – это тренд, так как они могут закрыть многие проблемные места в реконструкционной хирургии в прямом смысле. Мы можем добавлять в них различные вещества, чтобы усилить конкретные физико-химические свойства", – объясняет научная сотрудница ТГУ. Этапы проекта В 2022 году Лыткина получила президентский грант для молодых кандидатов наук на реализацию проекта по гелевым материалам. Вместе с коллегами она уже исследовала, как влияет криогель на фосфат, в среде которого его получают. В 2023 году ученые изучают влияние фосфата на криогель. "Очень важно установить фундаментальные параметры по поведению материалов, так как их взаимодействие отражается на всем – от конечных свойств самих веществ до биосовместимости. Думаю, нам предстоит еще два-три года исследований, после чего можно будет выйти на следующий этап проекта – модельные исследования на клеточных культурах", – говорит собеседница агентства. По словам Лыткиной, конечным результатом проекта должен стать желеобразный материал, заполняющий пустоты вокруг имплантата и помогающий кости прорастать быстрее обычного, при этом будет минимизирована возможность послеоперационных осложнений из-за накопления гноя и жидкости. В 2023 году коллектив лаборатории намерен запатентовать способ получения криогеля из поливинилового спирта и гидроксиапатита. С 2024 года команда проекта рассчитывает получить новый грант и продолжить исследования. По данным открытых источников, заболевания, связанные с опорно-двигательным аппаратом, являются главным фактором, ведущим к инвалидизации во всем мире. Количество людей с нарушениями и болезнями костно-мышечной системы равно примерно 1,7 миллиарда человек. В медицине существует высокая потребность в разработке имплантационных материалов, которые обладали бы схожими свойствами с естественной хрящевой тканью