Ученые создали растворимую керамику для временных костных имплантатов
Исследователи синтезировали три варианта керамики на основе двух солей магния — ортофосфата и пирофосфата — а также их смеси. Затем ученые изучили механические свойства материалов и их совместимость с живыми клетками.
Источник: МГУ имени М.В. Ломоносова. «Хризантемы» из кристаллов гидроксиапатита: иллюстрация биоактивности керамики на основе фосфатов магния.
МОСКВА, 25 марта. /Новости науки/. Ученые разработали керамические материалы на основе фосфатов магния для временных костных имплантатов, которые по прочности сопоставимы с естественной костной тканью, а затем постепенно растворяются в организме и замещаются здоровой костью. Исследователи показали, что скорость растворения таких материалов можно регулировать, изменяя их состав, сообщает пресс-служба РНФ.
«Важно отметить, что исследованные варианты керамики различались скоростью растворения в среде, имитирующей организм. Это говорит о том, что, меняя состав материала — соотношение разных фосфатов магния, — можно тонко настраивать свойства имплантата. Это позволит индивидуально подбирать имплантаты для пациентов с разными травмами. В дальнейшем мы планируем продолжать исследования в данном направлении, улучшая состав керамических материалов, и создавать высокопористые прототипы имплантатов с заданными свойствами», — приводятся в сообщении слова руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидата химических наук, старшего научного сотрудника кафедры неорганической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Елены Климашиной.
Как отмечают ученые, травмы, возрастные изменения и различные заболевания часто приводят к разрушению костной ткани, особенно у пожилых людей. Поскольку восстановление кости идет медленно, при серьезных повреждениях врачи обычно используют титановые имплантаты.
Однако такие материалы не всегда удобны. Если имплантат небольшой, его после заживления часто приходится удалять в ходе дополнительной операции.
Если же титановая конструкция остается в организме надолго, она может со временем вызывать хроническое воспаление из-за постепенного износа.
Поэтому исследователи ищут материалы, которые временно поддерживают поврежденную кость, а затем постепенно и полностью разрушаются в организме без вреда для пациента.
Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН предложили использовать для этого керамику на основе фосфатов магния.
Такой выбор связан с тем, что магний играет важную роль в организме. Он участвует в регуляции обмена кальция, влияет на рост костной ткани, а также важен для работы сердечно-сосудистой системы, в том числе для поддержания сердечного ритма и артериального давления. Фосфаты, в свою очередь, являются естественными компонентами костей и обеспечивают их прочность и жесткость.
Исследователи синтезировали три варианта керамики на основе двух солей магния — ортофосфата и пирофосфата — а также их смеси. Затем ученые изучили механические свойства материалов и их совместимость с живыми клетками.
Испытания на сжатие показали, что все полученные образцы обладают прочностью и жесткостью, сопоставимыми с естественной костной тканью. Это означает, что такие материалы потенциально можно использовать как опорные конструкции при восстановлении поврежденных костей.
Кроме того, керамика оказалась биосовместимой: образцы не вызывали гибели клеток и, наоборот, способствовали их прикреплению и размножению. Это особенно важно для будущего применения в медицине, поскольку имплантат должен не только выдерживать нагрузку, но и поддерживать рост новой ткани.
Ученые также установили, что разные варианты керамики по-разному растворяются в среде, имитирующей условия организма. Это значит, что свойства материала можно заранее подстраивать под конкретную задачу — например, подбирать имплантат так, чтобы он растворялся быстрее или медленнее в зависимости от характера травмы.
По мнению исследователей, такие материалы могут найти применение в травматологии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии, где часто требуется временная опора для восстановления костей.
В дальнейшем ученые планируют совершенствовать состав керамики и создавать высокопористые прототипы имплантатов с заранее заданными характеристиками.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Ceramics International.
«Важно отметить, что исследованные варианты керамики различались скоростью растворения в среде, имитирующей организм. Это говорит о том, что, меняя состав материала — соотношение разных фосфатов магния, — можно тонко настраивать свойства имплантата. Это позволит индивидуально подбирать имплантаты для пациентов с разными травмами. В дальнейшем мы планируем продолжать исследования в данном направлении, улучшая состав керамических материалов, и создавать высокопористые прототипы имплантатов с заданными свойствами», — приводятся в сообщении слова руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидата химических наук, старшего научного сотрудника кафедры неорганической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Елены Климашиной.
Как отмечают ученые, травмы, возрастные изменения и различные заболевания часто приводят к разрушению костной ткани, особенно у пожилых людей. Поскольку восстановление кости идет медленно, при серьезных повреждениях врачи обычно используют титановые имплантаты.
Однако такие материалы не всегда удобны. Если имплантат небольшой, его после заживления часто приходится удалять в ходе дополнительной операции.
Если же титановая конструкция остается в организме надолго, она может со временем вызывать хроническое воспаление из-за постепенного износа.
Поэтому исследователи ищут материалы, которые временно поддерживают поврежденную кость, а затем постепенно и полностью разрушаются в организме без вреда для пациента.
Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН предложили использовать для этого керамику на основе фосфатов магния.
Такой выбор связан с тем, что магний играет важную роль в организме. Он участвует в регуляции обмена кальция, влияет на рост костной ткани, а также важен для работы сердечно-сосудистой системы, в том числе для поддержания сердечного ритма и артериального давления. Фосфаты, в свою очередь, являются естественными компонентами костей и обеспечивают их прочность и жесткость.
Исследователи синтезировали три варианта керамики на основе двух солей магния — ортофосфата и пирофосфата — а также их смеси. Затем ученые изучили механические свойства материалов и их совместимость с живыми клетками.
Испытания на сжатие показали, что все полученные образцы обладают прочностью и жесткостью, сопоставимыми с естественной костной тканью. Это означает, что такие материалы потенциально можно использовать как опорные конструкции при восстановлении поврежденных костей.
Кроме того, керамика оказалась биосовместимой: образцы не вызывали гибели клеток и, наоборот, способствовали их прикреплению и размножению. Это особенно важно для будущего применения в медицине, поскольку имплантат должен не только выдерживать нагрузку, но и поддерживать рост новой ткани.
Ученые также установили, что разные варианты керамики по-разному растворяются в среде, имитирующей условия организма. Это значит, что свойства материала можно заранее подстраивать под конкретную задачу — например, подбирать имплантат так, чтобы он растворялся быстрее или медленнее в зависимости от характера травмы.
По мнению исследователей, такие материалы могут найти применение в травматологии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии, где часто требуется временная опора для восстановления костей.
В дальнейшем ученые планируют совершенствовать состав керамики и создавать высокопористые прототипы имплантатов с заранее заданными характеристиками.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Ceramics International.
