Кости из риса: разработан дешевый и экологически чистый метод преобразования сельхозотходов в биоматериалы

Кости из риса: разработан дешевый и экологически чистый метод преобразования сельхозотходов в биоматериалы

Биокерамика для производства имплантатов и регенерации костных дефектов разработана международной группой материаловедов в Центре композиционных материалов НИТУ "МИСиС". Биоматериалы, полученные из сельскохозяйственных отходов - рисовой шелухи - показали отличную биоминерализацию и совместимость с клетками крови млекопитающих. Результаты работы были опубликованы в международном научном журнале Materials Science and Engineering C: Materials for Biological A pplications.

Легкодоступность, дешевизна и естественное происхождение сельскохозяйственных отходов мотивируют ученых превращать их в ценный продукт. Шелуха риса, например, богата диоксидом кремния. Высокое содержание кальция в яичной скорлупе делает ее конкурентоспособным сырьем для производства биоматериалов. Эта стратегия переработки отходов в продукт с добавленной стоимостью для создания биомедицинских приложений является экономически выгодной и при этом экологически чистой.

Команда молодых материаловедов Центра композиционных материалов НИТУ "МИСиС" использовала сырую яичную скорлупу и рисовую шелуху - отход сельскохозяйственного производства - для изготовления трех различных видов силикатной биокерамики - диопсида, волластонита и форстерита. Материалы отличаются наличием разных химических элементов. Было показано, что химические составляющие исходного сырья и растворение в физиологической среде играют ключевую роль в формировании биологической активности материала. Именно от биоактивности материала зависит успешность операций в имплантологии.

"Наше исследование направлено на решение актуальной во всем мире задачи переработки биоотходов в материалы и изделия, в том числе, для использования в медицине", - пояснила соавтор разработки, студентка программы iPhD "Биоматериаловедение" НИТУ "МИСиС" Инна Булыгина.

Исследователи также подчеркнули, что заменить основные химические элементы, необходимые для ускорения регенерации костей, в синтетических биоматериалах - очень сложно. В своей работе ученые использовали биогенные сельскохозяйственные отходы, которые естественным образом "унаследовали" ионы натрия, магния, калия, кремния и других. Такой природоподобный подход может помочь в увеличении скорости остеогенеза - формирования костной ткани взамен утраченной при травмах и заболеваниях.

"Наилучшие результаты показал диопсид (CaMgSi2O6) - он показал самую высокую гемосовместимость при всех концентрациях (62,5, 125, 250 мкг / мл) даже после 24 часов инкубации. "Инкубация мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) мышей с диопсидом в целом не приводит к увеличению уровня апоптоза в культуре клеток по сравнению с контролем", -сказал один из авторов, постдок НИТУ "МИСИС" Раджан Чоудхари.

"Мы предложили простой метод извлечения чистого диоксида кремния из рисовой шелухи. В процессе испытаний мы показали, что полученный таким способом материал не ухудшает жизнеспособность контактирующих с ним клеток", - добавил руководитель iPhD "Биоматериаловедение" НИТУ "МИСиС", к.ф.-м.н Фёдор Сенатов.

В настоящее время разработчики пошли дальше и изучают возможность воспроизведения архитектуры нативных тканей путем изготовления скаффолдов с использованием аддитивного производства.

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 16 направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учится более 20 000 обучающихся, среди них 26% - это студенты из 84 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.