Ученые ИТМО разработали материал из паутины с магнитными наночастицами для имплантологии и таргетной доставки лекарств.
На основе шелка паука Linothele Fallax исследователи создали материал с магнитными свойствами для восстановления поврежденных тканей. Сам шелк становится каркасом для роста клеток, а таргетно высвобождаемые под действием магнитного поля лекарства помогают процессу восстановления травмы.
Волокна из паучьего шелка в несколько раз прочнее кевлара, из которого делают бронежилеты. Поэтому этот шелк можно использовать для изготовления материалов, которые должны выдерживать высокие нагрузки.
Эти свойства делают его перспективным материалом для медицины ― в частности, имплантологии и регенерации тканей. Добавление в шелк магнитных наночастиц позволит делать препараты для таргетной доставки лекарств.
В биологический препарат добавляют липосомы ― микроскопические сферы, их оболочка состоит из тех же молекул, что и у клеточных мембран. Это позволяет липосомам проникать внутрь биологической клетки. Внутрь липосом помещают лекарственные препараты, а сверху покрывают слоем наночастиц. Частицы реагируют на внешнее воздействие ― лазерное или, в случае магнитных частиц, электромагнитное. Под этим воздействием частицы нагреваются и разрушают защитную оболочку липосом, обеспечивая тем самым высвобождение лекарства.
Исследователи Химико-биологического кластера ИТМО разработали новый материал на основе шелка Linothele fallax, покрытого магнитными наночастицами. В перспективе его можно будет применять не только для таргетной доставки лекарств, но и при операциях по восстановлению поврежденной хрящевой и суставной ткани. Биосовместимость паучьего шелка максимально снижает риск отторгаемости, а его биоразлагаемость обеспечивает естественный вывод материала из организма после выполнения задачи.
Под действием внешнего магнитного поля частицы нагреваются, а благодаря определенному составу магнитных частиц, можно очень тонко регулировать температуру нагрева. Волокна шелка обеспечивают направленный рост и выполняют поддерживающую функцию для клеток.
Для оценки биосовместимости разработанного материала в качестве модельных клеток для регенерации тканей использовали клетки постнатальных фибробластов кожи человека. Фибробласты играют важную роль в процессах заживления ран человека из-за их ключевой роли в ремоделировании тканей. При использовании определенных факторов роста тканей и костных белков фибробласты можно перепрограммировать их в хондроциты ― клетки хрящевой ткани.
Эксперименты in vitro показали, что волокна шелка паука, покрытые магнитными наночастицами, способствуют синтезу хрящевой ткани из клеток фибробластов, а контролируемая температура позволяет целенаправленно высвобождать лекарственное средство при воздействии переменного магнитного поля.
Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules.
