Антибактериальные и биосовместимые материалы созданы на основе гидроксиапатита – перспективного материала для имплантации, близкого по структуре твердым тканям человеческого организма. Ученые химического факультета Университета Лобачевского усовершенствовали его состав и структуру, чтобы сделать еще прочнее и безопаснее, а также исключить возможные постоперационные осложнения. Биокерамика может стимулировать восстановление дефектов костной ткани и при этом защищать от развития бактериальных инфекций.
В классический состав гидроксиапатита Ca10(PO4)6(OH)2 ученые добавили ионы висмута (Bi) в качестве антибактериального агента, который позволяет минимизировать риск послеоперационных инфекций и снизить вероятность повторных операций. При этом висмут прочно держится в кристаллической решетке соединения и не будет накапливаться в тканях организма за пределами имплантата.
Также биокерамику модифицировали ионами натрия (Na) для улучшения биосовместимости и ионами фтора (F), которые делают материал более стабильным и повышают его эффективность в стоматологии. Таким образом, исследователи получили фторапатит Ca10-2xBixNax(PO4)6F2, который может продемонстрировать свою эффективность в производстве медицинских керамических материалов или покрытий металлических биоматериалов.
«Сегодня материалы на основе апатита используются не так широко, в качестве небольших “запчастей”. Мы считаем, что, если усилить их висмутом и дополнить различными биогенными элементами, такими, как фтор и натрий, можно значительно улучшить качество протезов. Это может стать прорывом в борьбе с постоперационными инфекциями.
Вместо того, чтобы наполнять имплант антибиотиками, которые разносятся по организму, мы можем использовать только одно соединение – кристаллохимический аналог кости. Краткосрочные тесты, которые мы провели, уже показали, что опасности для клеток человека наш материал не представляет», – сообщает соавтор исследования, доцент кафедры аналитической и медицинской химии ННГУ имени Н. И. Лобачевского Евгений Буланов.
Благодаря особой кристаллической структуре биокерамика, полученная нижегородскими учеными, демонстрирует in vitro низкую цитотоксичность, то есть вещество не будет атаковать здоровые ткани за пределами импланта. Округлая форма частиц фторапатита помогает им легко проникать через мембраны клеток и эффективно воздействовать на патогены. Все это открывает широкий спектр возможностей для применения нового материала в медицине.
Результаты исследования опубликованы в сборнике Bioceramics: Advances in Applications and Research издательства Nova Science Publishers. Проект выполнен в Научно-исследовательской лаборатории химии природных соединений и их синтетических аналогов ННГУ в рамках Нижегородского НОЦ.