Биосовместимые композиты — это материалы, стимулирующие рост живых тканей, которые используются для изготовления костных протезов. Ученые КФУ разрабатывают комплекс для томографии, который поможет контролировать качество биосовместимых композитов, уже находящихся в теле человека.
Протезы и импланты: причем тут физика?
Физика живых систем — так называется направление, в рамках которого ученые исследуют композиционные материалы, перспективные в области регенеративной медицины. Среди них — композиты на основе биоразлагаемых полимеров и фосфатов кальция. Их свойства позволяют с помощью 3D- и 4D-печати создавать подходящие по своим характеристикам изделия.
«Можно получать пористые композиты и пропитывать их лекарственными препаратами. Разработка таких материалов — важный шаг в сокращении сроков восстановления костной ткани, уменьшении сроков реабилитации и повышении качества жизни пациентов, перенесших травмы и операции мягких и костных тканей», — рассказывает один из разработчиков, директор Института физики КФУ Марат Гафуров.
Костные протезы можно устанавливать по-новому
Ученые выяснили, что для изготовления костных протезов подходит и другой композитный материал.
«Поливинилпирролидон (PVP) – это биосовместимый полимер. Можно из него изготовить имплант, который организм со временем сам разрушит и выведет, то есть не потребуется повторная операция по извлечению импланта. Но если из такого материала изготовить фрагмент кости, то он разрушится быстрее, чем сформируется новая кость. Поэтому PVP смешивают с гидроксиапатитом, одним из главных компонентов костей млекопитающих», — говорит доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Георгий Мамин.
Организм, разрушая имплант, сразу получает материал для строительства новой кости. Уже сейчас ведутся работы по 3D-печати костных фрагментов из подобных материалов, но возникают проблемы, которые необходимо решать. К примеру, нужно контролировать, есть ли в составе полимера вредные примеси, а также то, как соединяется полимер PVP с частицами гидроксиапатита. Частицы гидроксиапатита трудно разрушить. Электронный парамагнитный резонанс позволяет определить образовался или разрушился композит, что является важным для медико-биологических приложений.
А еще — успешное импортозамещение
По словам директора Института физики КФУ, в последнее время в связи с санкционными ограничениями возникает острая необходимость в разработке новых и модернизации существующих систем контроля природных и синтезируемых материалов.
«Приборы, принцип работы которых основан на явлении магнитного резонанса, не являются в этом случае исключением. В силу своих уникальных возможностей им в настоящее время нет альтернативной замены. Сейчас, в том числе на базе полученных числовых данных, на кафедре физики молекулярных систем разрабатываются новые приборы ЯМР. В перспективе – новые комплексы для томографии», – заметил Марат Гафуров.