«Биоразлагаемые полимеры в биоэкономике России и Китая»
《俄罗斯与中国生物经济中的可生物降解聚合物》
Бонарцев Антон Павлович, доктор биологических наук, доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ
安东·巴甫洛维奇·博纳尔采夫,莫斯科国立大学生物系生物工程教研室副教授。
Технологические достижения и научные открытия, о которых мы всё чаще узнаём из блогов и переписок, приобретают всё более сложные названия, начинающиеся с приставки «био-». Они даже успешно конкурируют с привычными аббревиатурами вроде «ИИ». Это стало возможным благодаря стремительному развитию биотехнологий и биоинженерии в первой четверти XXI века.
Успешное внедрение биологических технологий в нашу техногенную цивилизацию привело не только к расширению научных исследований, но и к активному внедрению в клиническую практику новых биосовместимых материалов (биоматериалов), а также разнообразных биогибридных материалов и устройств. В отличие от «неживых» биоматериалов, их функциональным терапевтическим компонентом являются живые организмы: вирусы, бактерии, животные клетки и даже целые животные, включая человека.
Так, препарат для генной терапии на основе аденоассоциированного вирусного вектора уже применяется для лечения спинальной мышечной атрофии у детей, а тканеинженерные гидрогелевые матрицы со стволовыми клетками позволяют заживлять глубокие ожоги. Биогибридные материалы активно внедряются в медицину и в нашей стране. Однако вместе с новыми терапевтическими возможностями всё более актуальными становятся вопросы биосовместимости этих перспективных медицинских материалов.
Достаточная биосовместимость всегда была и остаётся одним из ключевых условий допуска к клиническому применению материалов, используемых при производстве медицинских изделий: полимеров, керамики, металлов, алло- и ксеногенных материалов, а также их композитов. Эти требования строго регламентируются международным стандартом ISO 10 993.
В ходе лекции мы разберёмся, в чём заключаются сходства и различия между биосовместимыми и биогибридными материалами, какое отношение к ним имеет искусственный интеллект и почему понятие «биогибридный» значительно шире, а понятие «биосовместимый» имеет в том числе философское измерение. При этом оба направления служат одной цели — восстановлению и даже улучшению функций человеческого организма.
Опираясь на опыт получения и комплексного исследования биосовместимых полимеров, полигидроксиалканоатов и альгинатов, а также создания на их основе целого ряда биогибридных материалов, накопленный научной группой «Медицинские биополимеры» кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ, мы погрузимся в одну из наиболее перспективных областей современной науки.
Среди разработок группы — тканеинженерные биополимерные конструкции с мезенхимальными стволовыми клетками и остеоиндуктивными веществами для регенерации костной ткани; биополимерные гидрогелевые раневые покрытия с антибактериальными эндолизинами и бактериофагами; пьезоактивные биополимерные матрицы для восстановления периферических нервов; а также биополимерная матрица с пробиотическими бактериями для регулирования состава кишечной микробиоты.
Мы рассмотрим, какие интересные процессы и явления возникают на пересечении биосовместимых и биогибридных технологий, где эти два направления науки объединяются, и почему именно эта область имеет огромное значение для регенеративной медицины и биомедицинской инженерии.
如今,我们在博客和社交媒体上经常接触到各种科技成就与科学发现,它们越来越多地以「生物(Bio-)」为词根的复杂术语来命名,甚至逐渐突破了「人工智能(AI)」这一热门缩写的重重包围。这一现象得益于21世纪第一个25年间生物技术与生物工程领域的飞速发展。
生物技术成功融入现代科技文明,不仅推动了科学研究的发展,也促使新型生物相容性材料(即生物材料)以及各种生物混合材料和器件逐步进入临床应用。与传统的「非生命」生物材料不同,生物混合材料的功能性治疗组分是活的生物体,包括病毒、细菌、动物细胞,乃至完整的动物甚至人体。
例如,目前已有基于腺相关病毒载体的基因治疗药物用于治疗儿童脊髓性肌萎缩症;而含有干细胞的组织工程水凝胶支架,则能够帮助深度烧伤创面的愈合。生物混合材料也正在我国医疗领域得到积极应用。然而,随着这些材料带来全新的治疗可能性,其生物相容性问题也日益受到关注。
良好的生物相容性一直是医疗器械材料获准进入临床应用的关键条件之一。这些材料包括聚合物、陶瓷、金属、同种异体及异种来源材料,以及由它们构成的复合材料。相关要求受到国际标准 ISO 10 993 的严格规范。
在本次讲座中,我们将探讨生物相容性材料与生物混合材料之间的异同,了解人工智能与这些领域有何关联,以及为什么「生物混合」是一个涵盖范围更广的概念,而「生物相容性」则同时具有一定的哲学内涵。尽管两者的概念和侧重点有所不同,但它们都服务于同一个目标:修复人体组织和器官,甚至改善人体自身的功能。
本次讲座将结合莫斯科国立大学生物系生物工程教研室「医用生物聚合物」科研团队的研究经验,介绍生物相容性聚合物、聚羟基脂肪酸酯和海藻酸盐的制备与系统研究,以及以这些材料为基础开发的一系列生物混合材料。
团队的研究成果包括:用于骨组织再生、负载间充质干细胞和骨诱导物质的组织工程生物聚合物支架;含有抗菌内溶素和噬菌体的生物聚合物水凝胶伤口敷料;用于周围神经再生的压电活性生物聚合物基质;以及用于调节肠道微生物群组成、负载益生菌的生物聚合物基质。
我们将深入探索这一生物混合技术与生物相容性技术相互交融的前沿科学领域,了解两者交汇处所产生的有趣过程与科学现象,并探讨这一领域为何对再生医学和生物医学工程的发展具有极其重要的意义。