В России импортозаместили полимеры для восстановления после переломов. В ход пошёл отработанный фритюр и отходы рыбопереработки
Учёные СФУ в Красноярске разработали каркасы для костей из пищевых отходов, что уменьшает импортную зависимость и себестоимость. Используя местное сырьё и биополимеры, технология снижает затраты на 50% и обладает высоким качеством.
Учёные из Сибирского федерального университета (СФУ) научились изготавливать отечественные каркасы для восстановления костей из отходов пищевого производства, таких как продукты рыбопереработки. Это снизило зависимость от импортного сырья и уменьшило себестоимость такой продукции по сравнению с существующими аналогами. Такое заявление было опубликовано в пресс-службе учебного заведения.
В современной медицине при сложных переломах с раздроблением или утратой участков кости применяют биосовместимые каркасы (скаффолды) для восстановления повреждённой ткани. В большинстве российских разработок в данном направлении используются дорогостоящие зарубежные материалы, утверждают исследователи из Сибирского федерального университета.
Чтобы решить эту проблему, учёные университета разработали инновационный цикл производства биополимера, который позволяет создавать медицинские имплантаты из доступного местного сырья. Основу таких имплантатов составляют полигидроксиалканоаты (ПГА) — биополимеры, синтезируемые с помощью специализированных бактерий. Особенностью технологии СФУ является использование в качестве питания для бактерий различных органических отходов, богатых углеродом, как, например, отработанный фритюрный жир и отходы рыбопереработки, что избавляет производителей от необходимости в дорогой утилизации.
Как пояснили исследователи, их методика полностью интегрирована в высокотехнологичный процесс биоинженерии. В первую очередь делают снимок пострадавшего органа пациента при помощи компьютерной томографии, а затем моделируют индивидуальный каркас, подходящий конкретной ситуации. После этого необходимую деталь печатают на 3D-принтере, используя биополимерную нить (филамент), и помещают её в полость перелома.
«В отличие от большинства компаний, которые приобретают готовые филаменты из-за рубежа, мы самостоятельно изготавливаем экструзионную нить, благодаря чему можем варьировать её свойства в зависимости от различных нужд. Все компоненты, от бактериальных штаммов до оборудования, у нас российского производства»,
— подчеркнул ассистент базовой кафедры биотехнологии и кафедры медицинской биологии СФУ Алексей Дудаев.
Биополимерные каркасы, созданные учёными СФУ, находят применение в разработке компонентов для заживления ран, шовных нитей и систем адресной доставки лекарств. Значимым результатом, достигнутым в ходе работы с данным материалом, являются каркасы с контролируемой микроархитектурой, способствующие восстановлению костных дефектов. Исследователи отметили, что в случае выхода этой методики на рынок медицинских услуг пациенты с переломами смогут избежать повторных операций.
«Специальные каркасы (скаффолды) буквально позволяют воссоздать утраченный фрагмент кости. Наш эксперимент показал, что треугольные, квадратные и шестиугольные поры одинаково пригодны для стимуляции роста "костеобразующих" клеток остеобластов»,
— заявила младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии новых биоматериалов СФУ, ассистент кафедры медицинской биологии СФУ Галина Рыльцева.
Лаборатория обладает полным циклом производства: от синтеза биополимера и создания устройств до проверки их биосовместимости в лабораторных экспериментах с клетками и испытаниях на животных. По словам учёных, их технология производства ПГА позволяет значительно удешевить процесс, поскольку они используют бесплатные отходы вместо дорогостоящих субстратов, при этом качество не уступает зарубежным аналогам.
Хотя основное направление разработки — медицинские имплантаты, в будущем учёные планируют расширить использование биополимеров для создания разлагаемой упаковки и других экологически чистых изделий.
«Наша цель — создать доступную альтернативу традиционным полимерам, которая будет решать не только медицинские задачи, но и снижать нагрузку на окружающую среду»,
— добавил Алексей Дудаев.
Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 23-64-10007), Красноярским краевым фондом науки (грант № 20231107–06132) и выполнено в рамках госзадания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FWES-2021–0025.
Достижения в области инженерных наук представлены в проекте СФУ "Инженеры нашего времени", посвящённом популяризации инженерных специальностей, и реализуются при поддержке Министерства науки и высшего образования России в рамках Десятилетия науки и технологии.