В России разработан новый способ восстановления костной ткани

Исследователи из ДВО РАН, Тихоокеанского государственного медицинского университета и ДВФУ смогли получить биологически активный порошок силиката кальция для восстановления костной ткани, утратившей свои физиологические функции. Для синтеза порошка использовалась золь-гель технология с элементами темплатного синтеза. Новый материал пригодится в операциях по восстановлению костных дефектов в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Статья опубликована в журнале Powder Technology.

Существует четыре типа остеопластических материалов для восстановления костной ткани: аутогенные, когда донором является сам пациент; аллогенные, когда донором является другой человек; ксеногенные – донором является животное; и синтетические, то есть химически приготовленные. Авторы статьи продемонстрировали преимущества использования синтетических веществ.

При создании медицинских имплантатов к биоматериалам предъявляются определённые требования. Во-первых, они не должны оказывать отрицательного влияния на живые системы. Во-вторых, искусственной кости необходима пористая структура — только тогда клетки костной ткани и кровеносные сосуды прорастают внутрь имплантата. В-третьих, необходимо, чтобы материал обладал биологически активными свойствами, то есть мог влиять на физиологические процессы в организме. Вместе с тем его компоненты не должны конкурировать между собой в реакциях внутри клеток и препятствовать росту костей.

В качестве исходного сырья используются распространённые дешёвые и доступные природные ресурсы, а технологии позволяют делать их «живыми». Авторы статьи для получения синтетического порошка используют материал из волластонита — синтетического силиката кальция — и гидроксиапатита, являющегося минеральной основой зубов и костей. Добавление к ним полимерного латекса и углеродного волокна позволяет создать пористую структуру, которая необходима для костных имплантатов. Такой композит получили сочетанием золь-гель технологии с темплатным синтезом.

Золь-гель технология относится к классу разработок «мокрого» синтеза, когда компоненты получают из раствора. Темплатный синтез хорош тем, что можно легко управлять структурой, формой и размером материала. Сочетание золь-гель технологии с темплатным синтезом позволяет получить вещество заданной микроструктуры. Когда идёт синтез вещества из сырья в растворе, в золь-гель процесс вводится матрица (темплат) определённых формы и размера. После синтеза вещества его удаляют, и остаётся определённая форма в объёме материала. Так, если подобрать матрицу нужного размера, например, соизмеримого с размером пор у натуральной кости, то текстура имплантата будет подобна природной структуре. Преимущество созданных синтетических материалов в том, что их характеристики и свойства можно изменять в процессе синтеза. Например, добавка гидроксиапатита химически стимулирует рост костной ткани, а добавки наночастиц благородных металлов — золота и серебра — придают имплантатам антибактериальные и противовоспалительные свойства.

Прежде чем тестировать материал на животных, учёные провели эксперимент на клеточных культурах. Поведение полученных биокомпозитов исследовали на нейтрофилах и макрофагах, которые формируют иммунитет живого организма и реагируют на внедрение чужеродного тела, в данном случае – имплантата. Результаты показали хорошую совместимость материала с живыми клетками. Далее полученный материал проверили на кролике с удалённым зубом: биокомпозит имплантировали в место дефекта. Во время эксперимента учитывалось состояние материала и окружающих его тканей. Исследования тканей под микроскопом и мультиспиральная компьютерная томография показали, что композит активно интегрируется в область удалённого зуба, наполняется соединительными тканями и кровеносными сосудами, при этом он не вызывает воспаления или омертвления окружающих костных тканей. Основные показатели общего анализа крови животного оставались в пределах нормы в течение всего эксперимента. Отслеживание основных клинико-биохимических показателей крови выявило отсутствие прямого токсического воздействия имплантата на организм.

«Полученные из этих материалов искусственные заменители кости можно считать высококачественным продуктом, ведь их исключительная биологическая совместимость позволяет протезировать различные типы костных дефектов. Это относительно дешёвые и доступные биоматериалы из отечественного сырья, получение которых осуществляется простым технологическим способом. В будущем имплантаты могут поступить в промышленное производство и будут востребованы и в области персонализированной медицины», — отмечает Евгений Папынов, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат химических наук, заведующий лабораторией композиционных и керамических функциональных материалов Института химии ДВО РАН.

Тестирование биоматериалов проводилось специалистами Тихоокеанского государственного медицинского университета и ветеринарной клиники, включая сопровождение лабораторных исследований. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).

Источник: пресс-служба Российского научного фонда