Нагноения, кисты, переломы, остеопороз, атрофия костей… С этими проблемами регулярно сталкиваются миллионы людей по всему миру, нередко становясь инвалидами. О разработке технологии производства и применения инновационного материала для восстановления дефектов костной ткани Институтом общей и неорганической химии НАН Беларуси, читайте в материале корреспондента агентства «Минск-Новости».
Чудо-минерал
Материал, способный восстанавливать кость, искали не менее активно, чем в свое время алхимики философский камень. И нашли в начале XXI века! Чудо-средством оказался гидроксиапатит (ГА) — широко распространенный и недорогой минерал. Именно из него можно получать препараты, не отторгаемые организмом человека и млекопитающих.
— В начале 2000-х ученые выяснили, что гидроксиапатит — один из основных компонентов в составе костей и зубов, — рассказывает заведующая лабораторией фотохимии и электрохимии Института общей и неорганической химии НАН Беларуси кандидат химических наук Валентина Крутько. — Перед ними встала задача получить однофазный высокочистый нанокристаллический гидроксиапатит кальция. 20 лет назад мы в лаборатории сумели синтезировать его жидкофазным способом. В сотрудничестве с «Белмедпрепаратами» провели испытания для разных форм этого биоминерала.
Ученые внедряли его в костный дефект лапки крысы. После внесения ГА в виде геля кость восстановилась полностью. Было даже непонятно, в какое место вводили препарат. Из геля высвобождались кальций и фосфор в нужной для организма форме, и он использовал их как строительный материал для новой костной ткани.
— На этом мы тогда остановились, — вспоминает В. Крутько. — Гель расфасовывали в шприцы, использовали гамма-стерилизацию, чтобы сохранить его биоактивные свойства. Первый выпуск препарата по нашей технологии был осуществлен в 2006 г.
Тонкости твердых тканей
Белорусские химики вернулись к гидроксиапатиту после 2018 г. К тому времени мировые исследования показали, что у костного ГА есть карбонатные включения. Поэтому и структура синтезированного ГА должна быть с дефектами, чтобы он мог активнее взаимодействовать с костью. Ученые также выяснили: этот биоминерал существует в костной ткани в разных формах в зависимости от вида костей.
— Поэтому мы остановились на двух вариантах гидроксиапатита, — поясняет заведующая лабораторией фотохимии и электрохимии. — Первый — стопроцентный аморфизированный ГА, второй — в сочетании с трикальцийфосфатом (ТКФ). Последний будет быстрее рассасываться в организме. Изменяя в геле процентное соотношение ГА и ТКФ, можно регулировать скорость восстановления костной ткани. Иногда нужно, чтобы этот процесс шел медленнее. В гель также можно включать антибиотики при введении этой смеси в очаги воспалений.
По словам заведующей лабораторией фотохимии и электрохимии, институт совместно с «Медбиотехом» налаживает выпуск в шприцах двух видов гелей ГА. Сейчас проходят их клинические испытания для использования в челюстно-лицевой и ортопедической хирургии. Как специальное покрытие гель гидроксиапатита можно использовать для защиты оголенных корней зубов.
Цемент для организма
В лаборатории института создали и цементы из ГА с использованием в качестве связующего поливинилового спирта. Получилась пластичная масса, которая застывает на воздухе.
— Таких материалов в мире много, — говорит В. Крутько. — Их используют для заполнения дефектов в костях с большой нагрузкой или вместе с имплантатами. Цементы могут создавать опорную функцию. Но классические костные на основе акрилатов не рассасываются, остаются чужеродными по структуре для организма. Поэтому со временем, особенно при остеопорозе, застывший в кости кусок цемента расшатывается, вызывая дополнительные повреждения.
Белорусские ученые, по словам собеседницы, стремились создать материал другого действия. Идея в том, чтобы цемент из ГА фиксировался в кости без жесткой границы, с постепенным прорастанием в него костной ткани. Со временем в месте внесения такого цемента образуется натурально-синтетический композит. Он и обеспечивает надежность заполнения дефекта.
Ученые лаборатории также разработали способ нанесения кальцийфосфатных покрытий на металлические имплантаты. Когда кость здоровая, их устанавливают без проблем. А вот при патологиях они могут расшатываться из-за большой нагрузки. Кальцийфосфатные покрытия выступают как связующий слой. Помогают защитить имплант и способствуют его лучшему соединению с живыми тканями человека. Благодаря этому он более жестко и надежно фиксируется в организме и легче приживается.
Большие перспективы
Работая с гидроксиапатитом, ученые лаборатории открывают все новые сферы его применения в медицине. Недавно начали разрабатывать композиционные материалы.
— Во всем мире при исправлении дефектов перегородки носа и хрящей используют фибриновый клей на основе крови самого пациента, — поясняет В. Крутько. — Он ускоряет заживление после операций. Мы пошли дальше, смешав аутофибрин с гелем гидроксиапатита. И человек смог дышать носом уже на вторые сутки после операции. Хотя обычно люди ходят с тампонами в носу почти неделю. Эта пластичная масса с ГА и клеящим эффектом может использоваться для септопластики (операция по исправлению носовой перегородки).
Таким образом белорусские ученые создают целевые материалы из гидроксиапатита под конкретные виды операций. В этом преимущество их разработок.
— Думаю, со временем мы сможем предлагать их и для персонализированной медицины, — отмечает заведующая лабораторией фотохимии и электрохимии. — Ведь скорость восстановления костей у каждого человека разная. Чем более точно будут подобраны состав и количество материала, тем быстрее и лучше пойдет заживление. Но и сегодня, чтобы получать максимум эффекта от препаратов с гидроксиапатитом, нужно четко знать, для каких задач их брать. Преимущество еще и в том, что они в разы дешевле зарубежных аналогов.
Сейчас в институте идет работа над гидроксиапатитной керамикой. Ученые стараются получать высокопористый материал, обогащенный структурами ГА.
У материалов с гидроксиапатитом огромные перспективы для медицины. Ведь они уникальны тем, что это вещество не отторгается организмом. По словам В. Крутько, это отражено даже в патенте на самую первую разработку лаборатории. Поэтому их можно применять пациентам любого возраста.