Фізико-хімічні аспекти формування композитного наноструктурованого біорозкладного матеріалу для лікування ушкоджених периферичних нервів

Abstract

Лабораторні зразки біорозкладаних нервових провідників на основі хітозан-кальцій фосфатної матриці (Cs/Ca=0.45), модифікованої наночастинками магнетиту Fe3O4, багатошарових вуглецевих нанотрубок (MWCNT+Fe) та оксиду графену (GO) з концентраціями 30, 150 та 300 мкг/мл та високорозчинного брушиту. Механічно зміцнений матеріал з низьким ступенем набрякання (115-138%), що мінімізує компресію нерву при відновленні. Встановлено, що найбільшу пористість (18%) мають зразки, розморожуванні за температури 20оС, в той час як під дією МХО – 12,8%. Застосування MХО при синтезі на 24% підвищує вміст брушиту (армуюча біодомішка), підвищує ступінь набрякання з 123% до 138%, зменшує деградацію матеріалу від 150 до 75 днів. Показано, що зміна концентрації наночастинок від 30 до 300 мкг/мл підвищує електропровідність зразків з вмістом Fe3O4 in-in з 1.19 до 2.66 См/см, а in-out (при зовнішній електричній стимуляції) – з 0.937 до 5.74 См/см. Середнє збільшення для всіх зразків: in-in ≈ на 30%, in-out ≈ в 2 рази. Зразок 300GO має in-out електропровідність 0,71∙10-2 См/см, що близько до природної нервової провідності 2,35∙10-2 См/см (LeGeros, 2017). Встановлено, що реліз Прегабаліну (PG) залежить від типу наночастинок та методики внесення PG. Найбільші ступені вивільнення PG (71 та 65%) демонструють зразки з вмістом MWCNT+Fe та GO, відповідно, за умови внесення PG на першому етапі синтезу.

Laboratory samples of biodegradable nerve conductors based on chitosan-calcium phosphate matrix (Cs/Ca=0.45), modified with Fe3O4 magnetite nanoparticles, multilayer carbon nanotubes (MWCNT+Fe), and graphene oxide (GO) with concentrations of 30, 150, and 300 μg/ ml and highly soluble bruchite. Mechanically reinforced material with a low degree of swelling (115-138%), which minimizes nerve compression during recovery. It was established that samples thawed at 20°C have the highest porosity (18%), while under the influence of microwave irradiation (MW) – 12.8%. The use of MW during synthesis increases the content of brushite (reinforcing bio admixture) by 24%, increases the degree of swelling from 123% to 138%, and reduces the degradation of the material from 150 to 75 days. It is shown that a change in the concentration of nanoparticles from 30 to 300 μg/ml increases the electrical conductivity of samples containing Fe3O4 in-in from 1.19 to 2.66 Sm/cm and in-out (with external electrical stimulation) from 0.937 to 5.74 Sm/cm. Average increase for all samples: in-in ≈ 30%, in-out ≈ 2 times. The 300GO sample has an in-out conductivity of 0.71∙10-2 S/cm, which is close to the natural nerve conductivity of 2.35∙10-2 Sm/cm (LeGeros, 2017). It was established that the release of Pregabalin (PG) depends on the type of nanoparticles and the method of introduction of PG. The highest degrees of PG release (71 and 65%) are demonstrated by samples with MWCNT+Fe and GO content, respectively, provided that PG is introduced at the first stage of synthesis.