Российские ученые создали кости из полиэтилена

Исследователи из Сколковского института науки и технологий, Института физиологически активных веществ РАН и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» разработали новую технологию получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена с пористой структурой.

Поры нужного размера воспроизводят сложное строение костной ткани. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Materials. Исследование проводится при поддержке Российского научного фонда.

Уже сейчас из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) делают искусственные суставы. Молекулы полиэтилена — длинные линейные цепочки. Материал получается прочный и не вызывает иммунной реакции организма. Однако из СВМПЭ можно создавать и более сложные имплантаты. Например, в комбинации с коллагеном и гидроксиапатитом — минералом, входящим в состав костной ткани, — из него можно формировать многослойные костно-хрящевые имплантаты.

Имплантат должен быть пористым. Клетки заселяются в поры, после чего они слагают ткани, сосуды, нервы. Но создать сверхвысокомолекулярный полиэтилен со сложной архитектурой нелегко. 3D-печать в этой ситуации не работает из-за вязкости расплавленного СВМПЭ. Зато проблему позволяет решить ранее предложенная в НИТУ «МИСиС» технология, в которой полимер смешивают с поваренной солью. Соль из готового изделия удаляют, растворяя ее в обычной воде.

В ходе новой работы химики и инженеры впервые изучили структурные особенности пористого материала, полученного таким методом. Им удалось показать, что технология помогает управлять размером пор.

В эксперименте применяли уже готовый полиэтилен в виде порошка. Порошок разделяли по размеру частиц на четыре фракции. Далее порошок и соль разного диаметра смешивали в соотношении 1:9. Спекая при температуре 180 °C, из смеси под давлением формировали одинаковые цилиндры. Соль удаляли, промывая изделия теплой водой.

Полученные материалы протестировали на прочность при сжатии и эластичность. Его изучали с помощью электронного микроскопа, что подтвердило взаимосвязь диаметра пор и размера частиц порошка. Способность материала сопротивляться растяжению (модуль Юнга) у пористого полимера был ниже, чем у плотного. Его значения находились в диапазоне от 1 до 2,5 мегапаскалей, чего пока недостаточно для поддержания жизнедеятельности клеток кости.

Однако в комбинации с другими материалами полиэтилен позволит клеткам расти правильно. Уже сейчас ученые провели эксперименты по выращиванию на сверхвысокомолекулярном полиэтилене клеток злокачественной опухоли нервной системы человека – нейробластомы.