Cовременные биоматериалы: мировые тренды, место и роль микробных полигидроксиалканоатов

Abstract

Создание экологически чистых материалов, вписывающихся в биосферные круговоротные циклы, является одной из ключевых проблем современности. Связано это с экологическими проблемами, возникшими в связи с накоплением в биосфере синтетических материалов, а также потребностями новейших биомедицинских технологий. В статье даны результаты анализа состояния и современные мировые тренды в области биоматериалов, место и роль синтезируемых микроорганизмами разрушаемых биопластиков (полигидроксиалканоатов, ПГА). Представлены результаты, полученные по технологиям производства полимеров этого класса ведущими мировыми компаниями, рассмотрены перспективы для становления промышленной отрасли ПГА в РФ. Представлен обзор результатов, полученных в Институте биофизики СО РАН и Сибирском федеральном университете, в которых разработаны и реализованы на уровне опытных производств технологии синтеза ПГА различной химической структуры со свойствами высококристалличных термопластов и конструкционных эластомеров; сконструированы полимерные изделия в виде 2D- и 3D-форм, самостоятельные имплантаты и эндопротезы, биосовместимые покрытия, микроносители лекарственных препаратов и функционирующих клеток в виде наночастиц и ультратонких волокон; выполнены доклинические и начаты клинические исследования. Оценены перспективы ПГА в качестве упаковочного материала для конструирования удобрений и средств защиты растений, в биомедицине

Development of environmentally friendly materials that could be involved in the biospheric cycling is one of the key issues of the present time due to both environmental hazard caused by accumulation of synthetic materials in the biosphere and the needs of modern biomedical technologies. The study analyzes the state of the art and current international trends in biomaterials research and the position and role of degradable bioplastics synthesized by microorganisms (polyhydroxyalkanoates, PHAs). The data are reported on the processes and production of this class of polymers by world’s leading companies; potentials for the development of commercial production of degradable PHAs in Russia are investigated. Institute of Biophysics SB RAS and Siberian Federal University have developed the technologies of the synthesis of PHAs with different chemical structure, exhibiting properties of high-crystallinity thermoplasts and construction elastomers, and used them in pilot production of these polymers. The researchers have constructed 2D and 3D polymer devices, implants, prostheses, biocompatible coatings, microcarriers of drugs and functioning cells as nanoparticles and ultrafine fibers; preclinical trials have been performed and clinical trials started. PHAs have been studied as material for packaging, for constructing fertilizer formulations and plant protectants; for biomedical applications