В современной реконструктивной медицине ощущается дефицит новых твердых конструкционных биоматериалов для тканевой инженерии.
Почему именно твердых? При наличии большого тканевого дефекта необходим биоматериал, который будет поддерживать форму и сохранять пористость для необходимого приживания и прорастания клеток ткани.
Биоматериал обязан быть биосовместимым и обеспечивать нужному сегменту требуемую биомеханику. Конструкция должна быть контролируемая по форме, способна выполнять опорную функцию, учитывать векторы напряжения в области применения имплантата.
В связи с этим в тканевой инженерии используются материалы с твердой организованной биомеханикой внеклеточного матрикса: металлы, керамика, композиты, эластомеры и гидрогель. Эти материалы можно разделить на биоразрушаемые и неразрушаемые. Каждые из них выполняют свою необходимую функцию.
Например, при печати на 3D принтере сегментов костей используются разрушаемые биополимеры. После прорастания клеток сквозь пористую структуру матрицы из биополимера и восстановления тканей, необходимость в твердом искусственном каркасе утрачивается. Биополимер разрушается без последствий для организма в виде отторжения импланта или образования грануляционной ткани, инкапсуляции и прочего.
Таким образом, материал, который может быть применен в тканевой инженерии: любая субстанция, формула, соединение, вещество, должен отвечать главным критериям биосовместимости: он обязан быть нетоксичным и безопасным для организма, легко принимать заданную форму, выполнять опорную функцию, способствовать тканевому формированию и обладать достаточной прочностью для успешной фиксации.
Примером научного поиска нового неразрушаемого материала для биомедицинских технологий является разработка тканевой замены сердечного клапана, растущего вместе с пациентом.
В настоящее время дети с врожденными пороками сердца получают клапан, изготовленный из тканей животных, прошедших химическую обработку. Из-за кальцификации орган может работать неправильно и причинять значительные неудобства своим реципиентам, поскольку клапан не растет вместе с ними. Это означает, что ребенку может быть сделано до пяти операций на открытом сердце для замены клапана.
Новые материалы помогут изменить эту ситуацию. Исследователи создали новые клапаны, используя донорские клетки, которые они засевали в фибриновый гель. Затем культивировали клетки с питательными веществами для роста в биореакторе в течение 8 недель. За это время клетки формировали коллагеновый матрикс. Ученые с помощью детергента удаляли клетки из коллагеновой конструкции, оставив бесклеточный трубчатый материал, который не вызывает иммунную реакцию. Сформировав трубки в замкнутое кольцо с лепестками, команда создала замену сердечного клапана, способного расти внутри реципиента.
Как мы видим, новые материалы трансформируют будущее уже сейчас. Возможности в этом направлении науки не ограничены.
