Химики ТГУ создали инновационные гибридные лечебные материалы

Гибридные материалы нового поколения, которые можно использовать в качестве основы при создании, например, умных систем адресной доставки противоопухолевых лекарств, высокоэффективных кровоостанавливающих повязок для экстренной помощи при тяжелых травмах, а также экологичных фотокатализаторов, разработали химики Томского государственного университета (ТГУ), 27 августа сообщила пресс-служба вуза.

Исследователи ТГУ соединили вместе органические молекулы кукурбитурилы, напоминающие тыкву, и бамбусурилы, напоминающие стебли бамбука, с наночастицами серебра и полупроводниковым нитридом углерода.

Руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории органического синтеза химического факультета ТГУ и Центра исследований в области материалов и технологий Абдигали Бакибаев пояснил:

«Молекулы, получившие название кукурбитурилы, были синтезированы в 1905 году — и только в 1981 году доказаны их состав и строение. Долгое время они оставались малоизученными и не применялись из-за нерастворимости в воде и трудностей с определением структуры. Название „кукурбитурил“ эти молекулы получили из-за сходства с тыквой (по-латыни Cucurbita)».

Кукурбитурилы и похожий класс молекул — бамбусурилы, открытые в 2010 году, химики ТГУ использовали для создания новых медицинских материалов. Поскольку внутри этих структур есть жесткая полость, они могут служить молекулами-«хозяевами», так как способны связываться с лекарственными препаратами, защищая их от разрушения в организме до того, как эти препараты достигнут области, на которую им необходимо воздействовать.

Кроме адресной доставки лекарства, они способны обеспечить контролируемую скорость его высвобождения. Это позволяет существенно снижать как дозировку препаратов, так и минимизирует их токсическое действие, например, у противоопухолевых препаратов.

С целью расширения возможностей использования таких молекулярных «контейнеров» ученые химфака ТГУ синтезировали бинарные и тройные гибриды этих композитов, объединив в одной структуре три компонента с полезными свойствами. Они соединили курбитурилы и бамбусурилы с наночастицами серебра и нитрида углерода.

В этих гибридах формы тыквы и бамбука молекул курбитурила и бамбусурила обеспечивают селективное связывание и адресное удержание биологически активных веществ, а наночастицы серебра придают получаемому материалу антибактериальные свойства. Их слипанию препятствуют макроциклы, выступающие в роли центров связывания, что обеспечивает высокую стабильность растворов.

Другая добавка — нитрид углерода, азотсодержащий аналог графена, является полупроводником с фотокаталитической активностью. Он улавливает солнечную энергию и использует ее для запуска химических реакций в условиях обычной жизнедеятельности человека.

Для практического применения этих сложных слоистых систем исследователи предложили оригинальные химические способы их нанесения на поверхность различных биосовместимых каркасов-носителей (скаффолдов), таких как костный минерал гидроксиапатит, природный диатомит и применяемый в медицине никелид титана.

Разработанные тройные гибридные системы ученых ТГУ могут использоваться сразу в нескольких критически важных направлениях медицинской практики. Это, во-первых, экстренная помощь при тяжелых ранениях.

В настоящее время стандартными средствами доврачебной помощи в полевых условиях при открытых переломах, травматических ампутациях и сильных наружных кровотечениях являются жгут, шина и обычные сорбенты (например, активированный уголь). Но быстро остановить обильное кровотечение и предотвратить развитие опасных инфекций при длительном отсутствии стационарной помощи эти средства не способны.

При этом разработанные в ТГУ гибридные композиции одновременно являются мощным кровоостанавливающим и бактерицидным средством. Их можно использовать для создания кровоостанавливающих пакетов и раневых повязок, которые значительно сократят сроки заживления, уничтожат патогенные микроорганизмы и при этом легко удаляются с поверхности раны, не травмируя регенерирующие ткани.

Кроме того, данные гибридные композиты имеют хорошую перспективу применения в качестве антибактериального покрытия для имплантатов и медицинских инструментов. Производить же такие композиции можно будет методом 3D-печати.

Часть результатов этого большого проекта разработчики представили в статье «Исследование процесса осаждения бамбус[6]урила на пористой поверхности TiNi с использованием различных физических методов (The study of the deposition process of bambus[6]uril on the porous TiNi surface using various physical methods), опубликованной в журнале Biomedical Materials (Q2).

Следует отметить, что ученые ТГУ также разработали научно-методологические основы для синтеза гибридных материалов нового поколения. Исследователи теперь смогут использовать кукурбитурилы и бамбусурилы в качестве основы при создании других композитных продуктов для персонализированной медицины.