Новости

Ученые УрФУ синтезировали феррогели, которые доставляют лекарства и восстанавливают поврежденные ткани

11 сентября 2020 Рубрика: Исследования и разработки, Новости организаций Ключевые слова: УрФУ, медицина, магнитные частицы, наночастицы, феррогели, композиты, адресная доставка лекарств

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) синтезировали феррогели с различной концентрацией магнитных нано- и микрочастиц. Феррогели помогают доставлять лекарства по кровеносным сосудам, заменять поврежденные костные и хрящевые ткани. Кроме того, их можно отслеживать в организме с помощью УЗИ-детектирования.

Ферррогели, которые синтезируют и исследуют в УрФУ, являются искусственными композитами и состоят из полимерных гелей (их химический состав очень разнообразен и включает как биологические, так и синтетические полимеры), а также из внедренных нано- и (или) микроразмерных магнитных частиц.

Оптимальные размеры, химический состав, концентрация и форма магнитных частиц определяются целями и планируемыми способами применения феррогеля (доставка определенного лекарства в конкретную область организма, заживление ткани и т. д.). Для биологических применений в основном используются частицы окислов железа (магнетит, маггемит), так как они биологически интактны (то есть не вовлечены в физиологические процессы), но при этом обладают магнитными свойствами, которые обеспечивают необходимую реакцию феррогеля на магнитное поле.

В достаточно мягких гелях частицы под действием магнитного поля способны не только менять форму и месторасположение феррогелей, но и, объединяясь в различные внутренние структуры, значительно менять механические, электрические и другие физические свойства этих материалов. Благодаря этому магнитные гели, в частности, могут служить «контейнерами» для доставляемого в организм лекарства или «платформой» для растущей биологической ткани.

Как феррогели с магнитными наночастицами можно использовать для регенерации поврежденных тканей организма, рассказал руководитель исследовательской группы, профессор кафедры теоретической и математической физики УрФУ Андрей Зубарев.

«Идея состоит в следующем: жидкий феррогель с помощью шприца или другого подобного устройства вводится в места разрыва или разлома биологических тканей, в язвы, в пустоты, образованные после удаления некротизированных участков, в другие подобные места нарушения сплошности биологической ткани, — говорит Андрей Зубарев. — Посредством внешнего магнитного поля феррогель фиксируется там до полной полимеризации. Как правило, этот процесс занимает порядка часа».

При необходимости внешним полем можно спровоцировать изменения расположения магнитных частиц феррогеля, чтобы создать оптимальную внутреннюю архитектуру и механические свойства импланта. Затем сквозь него начинает расти ткань из здоровых участков. Другими словами, магнитополимерный имплант, как пробка, заполняет пустоту ткани — разлом кости или хряща, язву и т. д., и через этот имплант растут клетки контактирующих с ним участков здоровой ткани, восстанавливая ее целостность и функциональность.

«Для обеспечения биосовместимости магнитополимерного импланта несущий гель синтезируется или из плазмы крови пациента, или из полисахаридов, — отмечает Андрей Зубарев. — Совместные исследования нашей группы и коллег из Уральского государственного медицинского университета показали, что местоположение феррогеля в организме можно отслеживать при помощи УЗИ-детектирования. С практической точки зрения этот метод представляется очень удобным и перспективным».

Способы адресной доставки лекарств в организме с помощью теоретического и компьютерного моделировании и в экспериментах с использованием УЗИ-методики исследуют ученые УрФУ совместно с коллегами из Уральского государственного медицинского университета (УГМУ), а также университетов Испании и Франции. Суть этого метода в том, что содержащие лекарство микронные магнитополимерные капсулы инжектируются в организм и далее транспортируются в нужный участок с помощью внешнего магнитного поля. В настоящее время в УрФУ разрабатывают и отрабатывают методы высвобождения лекарств из капсул при помощи сжимающего магнитного поля (эффект сжимаемой губки). При этом безопасность процедуры обеспечивается небольшим, как правило, в несколько микрон, размером феррогелевых капсул.

Исследования и эксперименты с феррогелем поддержали грантами и госзаданиями Российский научный фонд и Российский фонд фундаментальных исследований, Министерство науки и высшего образования РФ, а также научные фонды Испании, Франции и Германии.

Феррогели
Искусственные композиты, сочетающие богатый набор свойств полимерных материалов с высоким откликом на магнитное поле. Интерес к феррогелям обусловлен активным развитием как инженерных, так и биологических технологий, использующих данные материалы. Сферы применения — в магнитоуправляемых демпфирующих и ударогасящих устройствах, искусственных мышцах для робототехники и различных манипуляторов, в датчиках температуры, давления и химического состава атмосферы, биосенсорах, в технологиях адресной доставки и высвобождения лекарств в организме, выращивание и регенерация биологических тканей.
При использовании феррогелей в качестве биосовместимых полимерных немагнитных имплантов для лечения пародонтозов, восстановления мягких, а также хрящевых и костных тканей реабилитация пациентов обычно происходит быстрее и с меньшими рисками осложнений, чем при традиционных методах лечения. Поэтому немагнитные импланты широко применяются в практической медицине (в научной литературе упоминается о попытках использования таких имплантов в кардиологии, в целях заживления сердечной мышцы, но об эффективности методики говорить пока преждевременно).
Использование магнитных имплантов позволяет оптимизировать способ их инжектирования в организм, отслеживать и управлять ростом ткани, однако пока данные технологии находятся на стадии разработки и исследования.

Источник:

  • Пресс-служба Уральского федерального университета

Карточка организации:

Регион:

Добавить комментарий

  • 31
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4