Дальневосточные ученые создали уникальный керамический материал для имплантатов. Он обладает антибактериальными свойствами и обеспечивает активацию роста костной ткани, а также способствует естественному заживлению дефектов. Использование новой медицинской керамики позволит снизить риск занесения инфекции при операции. Более того, ее применение может быть полезно для пациентов с остеопорозом или другими заболеваниями, которые снижают плотность кости, уверены опрошенные «Известиями» эксперты.
Запеченный имплантат
Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Тихоокеанского медицинского университета (ТГМУ) работают над созданием нового типа биоматериалов для костной инженерии. Они собрали прототип биокомпозита в виде костно-керамического матрикса для восстановления крупных дефектов. Об этом сообщили в пресс-службе Минобрнауки.
Как рассказали «Известиям» разработчики, в медицине есть острая проблема совершенствования материалов для регенерации костных тканей человека. При сложных операциях до 50% имплантатов не вживляются и отторгаются организмом человека. Поэтому ученые разрабатывают биоактивные материалы, которые запускают рост ткани в живом организме. Это снижает необходимость в последующих хирургических вмешательствах для удаления имплантатов и способствует естественному заживлению костных дефектов.
Специалисты из Института наукоемких технологий и передовых материалов ДВФУ предложили новый тип биокомпозитной керамики, обладающей антибактериальными свойствами, которая обеспечивает активацию роста костной ткани и ее глубокое прорастание в имплантат. В качестве эффективного способа формирования керамического каркаса из композитного порошка исследователи использовали технологию реакционного искрового плазменного спекания (Spark Plasma Sintering-Reactive Synthesis, SPS-RS). Метод сочетает в себе процессы спекания биопорошка и реакционного синтеза основных химических компонентов в составе биокерамики, представляющих синтетический аналог натуральной ткани.
— Предложенный технологический подход дает относительно низкие температуры и короткие циклы синтеза и спекания керамики, что помогает предотвратить рост зерен, обеспечивает высокую плотность и механическую стабильность образцов, а также создает пористые структуры с заданными характеристиками, — рассказал «Известиям» кандидат химических наук, заместитель директора по развитию Института наукоемких технологий и передовых материалов ДВФУ Евгений Папынов.
По его словам, использование технологии искрового плазменного спекания для изготовления биокерамики позволяет получить материал с повышенной плотностью, механической прочностью и микротвердостью, а также с определенным уровнем пористости, которая обладает необходимыми биосовместимыми свойствами и антибактериальной активностью. Это важно для эффективной связи между тканью кости и имплантатом, подчеркнул специалист.
Вслед за белым кроликом
Образцы нового биоматериала имплантировали в мягкие ткани грудной клетки лабораторного животного (новозеландского белого кролика) в области трапециевидной мышцы и широчайшей мышцы спины. За три месяца восстановительного периода у него отсутствовали специфические воспаления, некроз и опухолевые образования.
Также ученые доказали, что образцы сохраняют высокую антибактериальную активность при контакте с самыми распространенными возбудителями инфекций. Это значит, что материал абсолютно не токсичен и обладает полной биосовместимостью с организмом, заключили разработчики.
Следующий шаг химиков из ДВФУ — исследование нового состава на основе диоксида титана в составе с биоактивными компонентами роста костной ткани. Это позволит накопить научные обоснования эффективности наиболее распространенной линейки перспективных керамических материалов, которые в настоящий момент используются в костной инженерии. По словам исследователей, их биоматериал может быть представлен на рынке в ближайшие пять лет по завершении цикла доклинических и клинических испытаний при поддержке профильных медицинских компаний.
Направление биопротезирования сегодня приобретает всё большую актуальность, особенно в реализации подхода персонифицированной медицины, рассказал «Известиям» директор НИИ бионики и персонифицированной медицины СамГМУ Минздрава России Андрей Николаенко.
— В данном случае идет речь о создании биоматериалов по различным направлениям с акцентом на индивидуальное протезирование. На мой взгляд, разработка перспективна для дальнейшего использования, — сказал эксперт.
Основными причинами низкой приживаемости имплантатов считаются инфекции и несоответствие их структуры структуре нативной кости, рассказала инженер НОЦ биомедицинской инженерии Университета МИСИС Анна Зимина.
— Использование биокерамических материалов с антибактериальными свойствами позволит снизить риск занесения инфекции при операции, а возможность регулировки пористости имплантатов ускорит его остеоинтеграцию в организме пациента. Кроме того, такие материалы способны стимулировать рост ткани и улучшать ее качество. Это может быть особенно полезно для пациентов с остеопорозом или другими заболеваниями, которые снижают плотность кости,— сказала она.
Создание новых биомедицинских материалов и изделий — одна из главных задач стратегического проекта «Физика и материаловедение» программы развития ДВФУ «Приоритет 2030». Результаты исследования поддержаны комплексно в рамках программы «Приоритет 2030» ДВФУ и гранта Российского научного фонда, опубликованы в журнале Journal of Composites Science.