Ученые создали керамические материалы на основе фосфатов магния с управляемым растворением для временных костных имплантатов. Такая керамика служит опорой для кости, не уступая ей по прочности, а затем постепенно растворяется в организме и замещается здоровыми тканями. При этом скорость ее растворения можно легко контролировать, меняя состав. Благодаря этому предложенные материалы могут использоваться в травматологии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии для восстановления повреждений костей. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Ceramics International.
Травмы, возрастные изменения, а также болезни приводят к разрушению костной ткани, особенно часто — у пожилых людей. Поскольку кости восстанавливаются очень медленно, при серьезных повреждениях врачи в большинстве случаев устанавливают пациентам имплантаты из титана. Если повреждение — и соответственно, имплантат — имеют малые размеры, такие материалы часто извлекают из тела после заживления естественной ткани в ходе дополнительной операции. Если же титановый имплантат остается в организме долгосрочно, он может вызывать хроническое воспаление из-за постепенного износа и разрушения.
Поэтому ученые разрабатывают материалы, которые временно выполняют функцию опоры, а по мере восстановления кости постепенно и полностью растворяются без вреда для организма.
Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) разработали и исследовали совместимые с организмом и разрушаемые естественным образом керамические материалы для костных имплантатов на основе фосфатов магния.
Такой химический состав для керамики авторы выбрали потому, что магний жизненно важен для организма. Материалы на его основе способны контролировать обмен кальция, предотвращая его избыточное накопление в организме. Кроме того, ионы магния участвуют во многих других процессах, в том числе стимулируют рост костной ткани, оказывают влияние на работу сердечно-сосудистой системы, регулируя сердечный ритм и артериальное давление. Кроме того, различные фосфаты служат природными компонентами костей, которые придают им прочность и жесткость.
Авторы синтезировали три варианта керамики на основе двух разных солей магния (ортофосфата и пирофосфата) и их смеси. Все материалы в тестах на сжатие продемонстрировали прочность и жесткость, сопоставимую сестественной костной тканью, благодаря чему их потенциально можно использовать для ее замещения. Кроме того, образцы способствовали прикреплению и размножению живых клеток и не приводили к их гибели.
«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», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Климашина, кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры неорганической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
***
Больше результатов исследований грантополучателей Российского научного фонда и актуальных новостей из мира науки доступны в социальных сетях РНФ Вконтакте и Телеграм. Подписывайтесь на канал РНФ в национальном мессенджере MAX.