Ученые биологического факультета МГУ совместно с коллегами провели комплексное исследование влияния магнитоактивных материалов на процесс роста культивированных предшественников клеток костной ткани и последующего развития этой ткани у лабораторных животных при использовании внешнего низкочастотного магнитного поля.
Костная ткань характеризуется наличием пьезоэлектрических свойств, то есть она способна вырабатывать электрические заряды на своей поверхности в результате механических воздействий. Электрическое поле, возникающее, например, при ритмической механической нагрузке на кости во время ходьбы, помогает регулировать нормальную работу клеток данной ткани, включая процессы восстановления после повреждений.
Некоторые виды полимеров бактериального происхождения, такие как поли-3-оксибутират и его сополимеры, тоже проявляют пьезоэлектрические свойства. Кроме того, они отличаются высокой биосовместимостью с окружающими тканями и способны постепенно разлагаться внутри организма после имплантации, что делает их весьма перспективными материалами для создания тканеинженерных каркасов-скаффолдов и имплантатов в регенеративной медицине.
Российские ученые разработали инновационный биоматериал на основе поли-3-оксибутирата, который имитирует структуру, физико-химические и пьезоэлектрические характеристики соединительной ткани. Чтобы усилить пьезоэлектрический эффект и придать материалу магнитоактивность, в состав были добавлены наночастицы магнетита и их комплексы с оксидом графена. Это позволило управлять генерацией электрических полей на поверхности материала с помощью внешнего переменного магнитного поля.
Для проведения экспериментов была разработана уникальная установка, генерирующая низкочастотные магнитные поля (приблизительно 1 Гц), а также система для бесконтактного воздействия магнитным полем на лабораторных крыс.
В рамках эксперимента животным имплантировали созданные скаффолды в бедренную кость. Оказалось, что пьезоэлектрический эффект, генерируемый магнитным полем, приводит к стимуляции образования новой костной ткани на имплантированных магнитоактивных скаффолдах, содержащих наночастицы магнетита и их комплекса с оксидом графена. Причем, скаффолды с оксидом графена продемонстрировали наиболее выраженное воздействие на рост новообразованной костной ткани.
Полученные знания можно использовать при разработке новых имплантируемых пьезоактивных биоматериалов для тканевой инженерии, а также при создании пьезоактивных костных имплантатов для регенерации костной ткани и в ходе производства управляемых магнитным полем биосенсоров.
Ранее ученые разработали уникальный заменитель костной ткани на основе кораллов. Открытие, вдохновленное самой природой, произведет революцию в восстановлении костей.