Серия уникальных экспериментов, проведенных на лабораторных крысах, показала, что каркасы на основе графена обеспечивают почти 90% восстановления поврежденной кости всего за месяц — результат, превосходящий все другие материалы, которые использовались в исследовании.
Работу бразильских ученых координировали профессор Израильского научного центра Альберта Эйнштейна Даниэла Франко Буэно и профессор Инженерной школы Университета Сан-Паулу Гильерме Ленц е Силва. По словам Буэно, технология находится на продвинутой стадии доклинической разработки. «Мы уже выработали четкий путь к применению новой методики в клинических испытаниях на следующих этапах», — говорит она.
Интересно, что исходным сырьем для получения углеродных структур послужил черный щелок — побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности, темный раствор, содержащий остатки древесины и органические соединения, который обычно просто утилизируется. Из этого углеродного вторсырья специалисты создали наноструктуры, комбинируя графен, оксид графена и нанографит с биополимерами хитозаном (его получают из панцирей ракообразных) и ксантаном (продуктом бактериального происхождения).
Принципиальная особенность этих материалов в том, что они работают не как обычные 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, стимулирует рост сосудов, а затем постепенно замещается новой костью.
Сочетание хитозана и графена оказалось особенно удачным: в нем каждый компонент вносит свой вклад в эффективность нового материала. Хитозан легко формуется, контролируемо разлагается и хорошо принимается организмом. Графен же способствует прикреплению клеток к каркасу, образованию новых кровеносных сосудов и специализации костных клеток. «Эта синергия создает трехмерную структуру, которая является не просто физическим каркасом, но биологически активной средой, способной стимулировать клетки к быстрому и организованному формированию кости», — подчеркивает Буэно.
В эксперименте 16 крысам с переломами большеберцовой кости имплантировали каркасы разных составов. Все варианты материалов показали значительное восстановление, но каркасы на основе графена оказались наиболее эффективными.
На следующем этапе ученые планируют объединить графеновые каркасы со стволовыми клетками — в частности, полученными из пульпы молочных зубов. «Мы не заменяем ткани, а учим организм восстанавливать их самостоятельно», — говорит Буэно. Технология может найти применение при лечении сложных переломов, реконструкции костных дефектов и врожденных аномалий.
Ранее ученые обнаружили у графена антибактериальные свойства.
Источник: hi-tech.mail.ru