УМНАЯ» БИОФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ БИОМАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОФИЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

 

Коржиков В.А.

Институт высокомолекулярных соединений РАН,

Санкт-Петербург, Россия.

Молодой учёный.

[email protected]

Научный руководитель: Тенникова Т.Б.

 

Биофункционализация биоматериалов – введение на их поверхность биологически активных молекул, которые способны взаимодействовать с биологическим окружением материала с получением необходимого ответа биологической системы, облегчающего исполнение поставленных экспериментатором задач. В частности, биофункционализация необходима при создании материалов для тканевой инженерии. Применительно к костной ткани, основной задачей последней является применение принципов биологии и биоинженерии, а также материаловедения для создания жизнеспособных заменителей, восстанавливающих и сохраняющих функции человеческой кости. Данный вид терапии отличается от стандартных методов, основанных на использовании лекарств и долговременных имплантантов, тем, что имплантированная кость интегрируется в организм пациента, что, в конечном счете, ведет к полному восстановлению дефекта.

Для реализации указанного подхода необходимо использование скаффолдов – трехмерных макропористых матриц с хорошо развитой внутрипоровой связностью, позволяющих клеткам расти в трех измерения с образованием новой жизнеспособной ткани. Тем не менее, несмотря на развитие огромного числа способов создания трехмерных матриц, выращивание костной ткани in vitro остается неразрешенной задачей. Основной проблемой является отсутствие контроля за клеточными процессами, протекающими на поверхности скаффолда. В связи с этим, важнейшей задачей для химиков, работающих в данной области, является разработка методов ковалентной иммобилизации на поверхности трехмерных матриц, используемых в качестве скаффолдов, биологически активных молекул. Цель данной процедуры - заставить клетки прикрепляться к поверхности скаффолда, осуществлять трехмерный рост, подвергаться дифференцииации (т. е. трансформации из неспецифического состояния в клетки, характерные для костной ткани) и организовываться в нормальную, здоровую костную ткань по мере биодеградации матрицы.

В представляемом докладе приводятся данные об использовании методов химии высокомолекулярных соединений для биофункционализации полимерных и неорганических скаффолдов. Основной упор сделан на стратегиях, разработанных в лаборатории полимерных сорбентов и носителей для биотехнологии Института высокомолекулярных соединений РАН.

Суть предлагаемых подходов заключается в применении гидрофильных полимеров, несущих в своем составе реакционно-способные группы для контролируемого связывания нескольких биолигандов. Наличие возможности присоединения к полимеру молекул с различной биологической функциональностью, а также с контролируемой концентрацией определяет «умный» характер предлагаемого подхода к биофункционализации биоматериалов.

Последовательно рассматриваются выбор гидрофильного полимера и типа реакционно-способных групп, способов связывания биомолекул и иммобилизации полимера на поверхности. Приводятся данные экспериментов в культуре клеток с применением разработанных биофункциональных скаффолдов.

Также рассказывается о подходах к использованию нового принципа «молекулярного конструктора» для создания новых биодеградируемых скаффолдов для тканевой инженерии, а также полименых частиц для адресной доставки лекарств.

Работа была поддержана грантами Президента РФ (договор №16.120.11.5826-МК) и РФФИ (11-03-00829-а), а также ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (контракт №14.740.11.0382).