Литовские ученые разрабатывают экологически чистую целлюлозную матрицу для биомедицинских применений

Эффективное использование целлюлозы — основного растительного каркаса и основного природного строительного блока — может решить многие проблемы, связанные с полимерами на основе нефти в различных отраслях промышленности. В поисках более устойчивого использования целлюлозы литовские ученые разработали метод производства нановолокнистой целлюлозной матрицы, которая может заменить невозобновляемые промышленные даже в биомедицинских приложениях.

Текстиль, одежда, игрушки и спортивный инвентарь, изготовленные из синтетических материалов на основе нефти, оказывают значительное негативное воздействие на окружающую среду на протяжении всего своего жизненного цикла, от производства до утилизации отходов.

Ученые утверждают, что необходимо заменить материалы на основе нефти экологически чистыми материалами и продемонстрировать потребителям, что продукты, которые использовались много лет, можно заменить, сохранив при этом их эффективность. По словам Ингриды Паулюкайтите, аспирантки Каунасского технологического университета (КТУ) и одного из создателей нового экологически чистого целлюлозного нановолокна, изобретение является шагом на пути к более устойчивой промышленности.

Уникальный метод производства
Целлюлоза — самый распространенный и распространенный на Земле природный полисахарид, обычно встречающийся в клеточных стенках растений, водорослях или синтезируемый определенными бактериями. «Я выбрал целлюлозу в качестве объекта исследования из-за ее природного происхождения и благоприятных свойств: ее биосовместимости и разлагаемости, разнообразия химических штаммов и широкого спектра применения», — говорит изобретатель.

Изобретение было разработано с использованием метода мокрого электропрядения, при котором целлюлоза растворяется в специальных растворителях — ионных жидкостях, а затем раствор преобразуется в волокна. «Это метод, который позволяет создавать целлюлозные матрицы с уникальной гелеобразной структурой, похожей на целлюлозные волокна, синтезируемые бактериями естественным образом», — говорит аспирант факультета химической технологии (CTF) КТУ.

Этот метод создания целлюлозы имеет преимущество на рынке из-за своей экологичности. В частности, используемый метод растворения более экологичен за счет использования «зеленых растворителей».

Также сырьем для этого производственного процесса может быть как сырая целлюлоза, так и отходы целлюлозы. В зависимости от чистоты материала, полученное волокно может быть использовано для различных продуктов. Переработанная целлюлоза может быть использована для производства новых полимерных композитных изделий, таких как игрушки, спортивный инвентарь, предметы домашнего обихода. Если сырьем является чистая растительная целлюлоза, биомедицинские приложения имеют большой потенциал, где этот тип нановолокнистой структуры обладает уникальными свойствами биосовместимости.

Значительный толчок для исследований рака
«Наше изобретение — нановолокнистая целлюлозная матрица — это как каркас, структурная поддержка, которая помогает клеткам делиться и расти», — объясняет Паулюкайтите.

Биосовместимость, о которой упоминает ученый из КТУ Паулюкайтите, очень важна в тканевой инженерии, чтобы избежать иммунного ответа живого организма на материал, используемый для размножения клеток, отличный от того, который естественным образом синтезируется организмом.

Кроме того, целлюлоза обладает очень благоприятными механическими свойствами, благодаря чему полученные волокна прочны и могут выдерживать высокие нагрузки, возникающие при размножении клеток. Поскольку целлюлоза впитывает воду, использование целлюлозных волокон при заживлении ран позволяет контролировать количество влаги, которое возникает в процессе заживления».

Ингрида Паулюкайтите, аспирантка Каунасского технологического университета

Какие проблемы возникают при разработке клеточных линий? Электронная книга Sphere Fluidics раскрывает проблемы, возникающие при разработке клеточных линий, и предлагает способы их преодоления.
Загрузите последнюю версию
До сих пор применимость целлюлозы в тканевой инженерии была проверена для реконструкции хрящевых, костных и сосудистых структур. Однако, учитывая биосовместимость, структурные и влагоудерживающие свойства целлюлозы, этот полимер имеет большой потенциал для использования в регенеративной медицине, которая направлена ​​на стимуляцию естественных механизмов восстановления организма и восстановление утраченных биологических функций, а также для роста органов.

Кроме того, разработанные целлюлозные нановолокна не только биосовместимы и экологически безопасны, но и обладают потенциалом для формирования трехмерных (3D) моделей клеток, которые лучше отражают поведение клеток в естественной среде. «Это существенное преимущество, особенно в тканевой инженерии и исследованиях рака, поскольку 3D-культуры позволяют проводить более точные эксперименты и лучше понимать рост и взаимодействие клеток», — говорит Паулюкайтите.