Материал: Polioxialkanoaty_POA__biorazrushaemye_polimery_dlya_meditsiny

Диаметр полученных гранул составил от 2 до 300 мкм. Статистический анализ показал, что наблюдается логарифмическинормальное распределение частиц по размерам. Эти предварительные результаты, показавшие возможность получения однородных сферических гранул малых размеров, являются основой для дальнейшего развития работ по микроинкапсулированию.

4.3.4. Нанокомпозиты

Впоследние годы сформировалось новое направление, связанное с получением композиционных материалов из органических полимеров и неорганических наночастиц. Гибридные материалы, содержащие органические и неорганические соединения, обладают уникальным сочетанием свойств, которые находят полезные приложения от биологии до микроэлектроники. Основы этого научного направления были созданы при разработке высокомодульных полимерных материалов (Папков, 1974) и фотоэмульсий с наночастицами галогенидов серебра (Джеймс, 1980).

Вэтой связи была предпринята попытка создания нанокомпозита на основе полиоксибутирата (Пузырь с соавт., 2001). Идея создания такого материала основана на следующем: 1) при определенных условиях полиоксибутират образует фазу геля, 2) полиоксибутират полностью разрушается в окружающей среде без образования токсичных продуктов, 3) поверхность используемых частиц состоит из гидроксильных или оксифункциональных групп. Поэтому за счет взаимного сродства полимера и частиц друг к другу можно одновременно решить проблему пассивации поверхности наночастиц полимером.

1992). Порошки наноалмаза и оксида алюминия были получены взрывным методом. Наноалмазный порошок имел средний размер частиц порядка 4–5 нм, кубическую структуру с параметром решетки 0.356 нм, плотность кристаллов 3.1 г/см3, удельную площадь поверхности до 300 м2/г. Особенность использованного наноалмаза в том, что он содержит бор – 2.3 % массы (Ставер с соавт., 1984), причем бор предположительно находится в форме BN, который, как известно, увеличивает скорость зародышеобразования кристаллической фазы ПОБ (Withey and Hay, 1999). Порошок оксида алюминия ( -Al2O3) имел удельную площадь поверхности порядка 20 м2/г и состоял из частиц сферической формы. Распределение частиц по размерамлогарифмически нормальное со следующими параметрами: d0.5 = 70 нм, дисперсия = 1.9. Условия получения определяют стабилизацию оксида алюминия в фазе. Поверхностный слой частиц (порядка 2 нм) обогащен более высокотемпературной модификацией оксида, для которой характерна моноклинная структура.

175

Добавка порошков наноалмаза или оксида алюминия к раствору ПОБ в хлороформе с последующей обработкой ультразвуком позволила создать гомогенные, но неустойчивые суспензии. Через 5– 10 мин. в таких суспензиях происходило спонтанное выпадение агрегатов наночастиц в осадок, несмотря на достаточно высокую вязкость используемого раствора полимера (14–20 масс. %). После нанесения суспензии на стеклянную подложку методом полива испарение растворителя сопровождалось агрегированием наночастиц. Это приводило к неравномерному распределению агрегатов в подсыхающем растворе полимера и впоследствии – к нарушению целостности формирующейся пленки (рис. 4.8).

Для создания устойчивого наполненного наночастицами композита полимер был исследован в состоянии геля, который обладает большей, чем у раствора, вязкостью и способен поддерживать в своем объеме взвешенные частицы как на начальных стадиях их образования, так и в процессе стабилизации геля (рис. 4.9). Раствор полиоксибутирата в хлороформе с концентрацией полимера 14 г/л переводили в гель при комнатной температуре. В полученных гелях наблюдалось явление синерезиса и уменьшение прозрачности. Появление в геле избыточного, по сравнению с раствором, светорассеяния, возможно, связано с появлением в нем локальных областей кристаллизации полимера.

Гель, содержащий наночастицы алмаза или алюминия, при нанесении на стеклянную подложку после испарения жидкой фазы образует сплошную однородную пленку с равномерным распределением наночастиц по ее площади (рис.4.10).Стабилизация наночастиц в объеме, вероятно, происходит за счет их фиксации в сетке геля. Исходя из приведенных выше результатов, можно предположить, что полимер поли- -гидроксимасляной кислоты может оказаться полезным компонентом для создания биодеградируемых систем с другими наночастицами. Полученный в работе нанокомпозит из частиц наноалмаза или оксида алюминия в полигидроксибутирате является первым примером нового семейства гибридных материалов из органического полимера и неорганических наночастиц.

Таким образом, в результате был синтезирован гибридный композит «биополимер – наночастицы». Найдены условия получения однородного и стабильного во времени распределения наночастиц алмаза или δ-Al2O3 в объеме геля из поли- -гидроксибутирата. Получены объемные образцы и пленки из биополимера с равномерно распределенными в них частицами наноалмаза или оксида алюминия.

176

4.3.5. Использование ПОА для получения пористых конструкций для тканевой инженерии

Анализ работ в области трансплантологии и искусственных органов, появившихся к началу XXI столетия, дает основание говорить о появлении принципиально нового подхода к восстановлению функций жизненно важных органов – использование технологий генной, клеточной и тканевой инженерии. Проводимые исследования можно разделить на две группы: разработка биоискусственных (гибридных) органов и тканей, клонирование органов и тканей из собственных стволовых клеток пациента in vitro в специальных биореакторах.

Гибридные (биоискусственные) системы должны сочетать в себе свойства живой и неживой ткани таким образом, чтобы, при необходимости, полностью или частично, временно или постоянно заменить функции тех или иных утраченных естественных органов. Полиоксиалканоаты в последние несколько лет стали считать наиболее перспективным материалом для изготовления матриксов и пористых конструкций применительно к задачам клеточной и тканевой трансплантологии. Одной из ключевых проблем создания биоискусственных органов и тканей является разработка биодеградируемых двухмерных (пленочных) и трехмерных (губки) матриксов для функцио-

нирующих клеток (Bioartificial Organs.,1997;1999; Williams et al., 1999; Wang et al., 2001; Hu et al., 2002; 2003).

Матриксы (scaffolds) для биоискусственных органов должны обладать многофункциональностью, достаточной механической прочностью и эластичностью, биосовместимостью на белковом и клеточном уровне, способностью стимулировать пролиферацию и дифференциацию клеток, способностью к неоваскуляризации и возможностью стерилизации без изменения медико-технических свойств.

Как было отмечено, изделия из ПОА можно получать различными способами, в том числе из полимеров, находящихся в различных фазовых состояниях (растворы, латексы, расплавы, порошки). Это открывает пути для использования ПОА в качестве матриц для тканевой инженерии. Один из способов получения пористых матриц из ПОА – это получение двухкомпонентных смесей и последующее выщелачивание в растворе одного из компонентов, обладающего растворимостью в данной системе (Thomson et al., 1997). Альтернативой такому способу является использование техники образования волоконных структур. Обычно получают пористые микротрубочки из ПОА. Как правило, для этого к раствору или расплаву ПОА добавляют частицы хлорида натрия размером от 80 до 200 мкм в соотношении полимер:соль, как 1:2. Из смеси формуют изделия, которые потом промывают водой. В качестве подложки при формовании волокноподобных трубочек используют, например, тефлон (Williams et al.,

178

1999). Применение многокомпонентных растворных систем ПОА позволяет получать гамму пористых материалов с пористостью до 90 % при размере пор от 100 до 350 мкм (Hu et al., 2002).

На рис. 4.11 представлена микрофотография поверхности модифицированной пленки, изготовленной из полиоксбутирата с целью изучения применимости в качестве матрицы для тканевой инженерии (Nitschke et al., 2001). Пленки, полученные из раствора ПОБ в хлороформе (полимер фирмы Merck, product name Methanomer®),

подвергали плазменной обработке с использованием аммония. Пленки имели толщину около 40 мкм и пористую поверхность.

Плазменная обработка вела к образованию на поверхности ПОБ амино-групп, что существенно изменяла структуру поверхности. В зависимости от длительности обработки плазмой контактные краевые углы пленок изменялись от 17 до 60°. Это, в свою очередь, влияло на смачиваемость поверхности, следовательно ее сродство к адсорбируемым клеткам. Подобный дизайн весьма перспективен для разработки конструкций, поддерживающих рост клеток тканей и органов in vitro для целей реконструктивной хирургии.

Большие надежды связываются с ПОА применительно к регенерации костных тканей. В последние годы все большее развитие получат исследование, направленные на разработку хирургических конструкций для регенерации и лечения поврежденных костных структур с помощью пористых биодеградируемых материалов вместо используемых металлических конструкций. Наряду с коллагеном, полилактидами и полигликолидами, изучаемыми для этих целей в настоящее время, все большее количество публикуемых работ ориентировано на полиоксиалканоаты. Показано, что различные типы ПОА, в частности, полиоксибутират и его сополимеры с оксивалератом, полиоксиоктаноатом и др., можно успешно использовать в композиции с коллагеном, полилактидами, гидроксиапатитом для получения конструкций, предназначенных для культивирования остеобластов и хондроцитов in vitro с последующим использованием in vivo.

Рис. 4.11. Электронномикроскопическое изображение пористой пленки из ПОБ (Nitschke et al., 2002).

179