Типы полимерных скаффолдов, технологии их изготовления;

Одной из ключевых проблем в создании фрагмента ткани или органа того или иного типа является структура полимерного скаффолда – предназначенного для использования в качестве биодеградируемой матрицы для посева на нем клеток определенного типа. Как правило, это 2D- или 3D объекты, структура которых представляет собой систему взаимосвязанных пор определенных размеров и конфигурации. Это могут быть истинно пористые тела типа пен или губок, либо «квазипористые» тела, основу которых составляют тканные или прессованные нетканные материалы на основе волокон различного диаметра, полученных из биодеградируемых полимеров.

Для изготовления скаффолдов второго типа используются, среди всего прочего, такие современные технологии как многослойное нанесение расплавленного волокна с помощью специального программируемого устройства (Fusion Deposition Modelling) и другие технологии роботицированной стереолитографии.

Однако, основной интерес представляют технологии изготовления истинно пористых скаффолдов, то есть таких систем, в которых клетки связываются с полимером не на наружной поверхности волокна или диска, а на внутренней поверхности пор.

Губки (sponges) представляют собой пористые системы с высокой степенью взаимосвязанности пор друг с другом, в отличие от пен, в которых поры практически изолированы друг от друга. Для целей тканевой инженерии наиболее подходящими являются системы типа губок. Оптимальным является бимодальное распределение пор по размеру – крупные, достигающие 100 и более мкм в диаметре, и мелкие (десятки и сотни нм). На внутренней поверхности крупных пор происходит собственно присоединение клеток к поверхности полимера, их размножение (пролиферация) с последующей интеграцией в ткань. Функция системы мелких пор заключается в реализации циркуляции через них биологической жидкости, за счет чего к клеткам поступают питательные вещества, и осуществляется отвод продуктов метаболизма клеток. Важной характеристикой скаффолдов является степень пористости, то есть доля объема пор по отношению к общему объему изделия. Эта характеристика непосредственно связана с механическими характеристиками скаффолда и его способностью сохранять форму в течение времени, необходимого для формирования интегрированной ткани. В этой ситуации важно соблюсти баланс противоречивых требований механической прочности и устойчивости к внешним воздействиям с одной стороны, и минимальным содержанием структурообразующего полимера в общем объеме скаффолда – с другой. В таблице представлены основные способы производства пористых скаффолдов и связанные с ними характеристики.

Весьма важное значение имеет характер внутренней поверхности пор скаффолда, включая ее микрорельеф, свободную поверхностную энергию, заряд, возможное наличие функциональных групп, баланс гидрофобности-гидрофильности.

Таблица 2. Основные способы изготовления полимерных скаффолдов.