Цивилизация
Ученые нашли способ создания биоматериалов из синтетических порошков и керамики на основе силиката кальция и его биологически активных композитов. Полученные из них имплантаты по структуре и свойствам подобны натуральной кости и могут стимулировать ее рост в организме человека. Статья об этом опубликована в журнале Progress in Natural Science: Materials International. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.
Биоматериалы работают в непосредственном контакте с живыми тканями и клетками внутри организма. Наиболее крупные области их применения – производство медицинских имплантатов, в том числе костных. В качестве исходного сырья используются распространенные дешевые и доступные природные материалы, а технологии позволяют делать их биоактивными. Попадая в организм, такие системы взаимодействуют с костной тканью: стимулируют рост, способствуют миграции, делению и дифференцировке клеток.
К таким материалам существуют свои требования. Во-первых, они не должны оказывать отрицательного влияния на живые системы. Это главное условие, которое определяется химическим составом, свойствами поверхности и физическими показателями компонентов материала. Во-вторых, у искусственной кости должна была пористая структура. Только тогда клетки костной ткани и кровеносные сосуды прорастают внутрь имплантата. В-третьих, необходимо, чтобы материал обладал биологически активными свойствами, мог влиять на физиологические процессы в организме. Также его компоненты не должны конкурировать между собой в реакциях внутри клеток и препятствовать росту костей. Например, в одном биоматериале невозможно совмещать кальций и конкурирующий с ним алюминий. Ранее было доказано, что биологически активный порошок силиката кальция положительно влияет на метаболизм.
«Обычный протез из силиката кальция, который будет инертен в организме, получить довольно просто. А для того чтобы сделать его биологически активным, надо применять специальные технологии, включая новые и мало изученные», – говорит руководитель проекта Евгений Папынов, кандидат химических наук, заведующий лабораторией композиционных и керамических функциональных материалов Института химии Дальневосточного отделения РАН (Владивосток).
Преимущество созданных синтетических материалов в том, что при производстве им можно задавать нужные характеристики и свойства. Авторы новой статьи нашли способ, который делает керамику и порошок силиката кальция активными при введении их в организм, но при этом сохранится необходимая для имплантатов структура и прочность. Для синтеза порошка использовали золь-гель технологию. Это хорошо изученный и достаточно популярный в мире метод: исходный раствор становится порошком из наночастиц. При работе с керамикой исследователи применяли оригинальную технологию искрового плазменного спекания – синтеза керамики из полученных ранее порошков силиката кальция с разными биологически активными добавками. Эта технология еще мало изучена в мире.
«Из одного сырья мы получаем биологически активный наноструктурированный порошок с заданным составом. И при необходимости превращаем его в плотную керамику нужного размера и профиля», – поясняет Евгений Папынов.
Преимущество таких изделий – в сочетании полного набора совместимых с организмом свойств самих материалов и доступных методов их синтеза. А добавки наночастиц благородных металлов – золота и серебра – придают имплантатам антибактериальные и противовоспалительные свойства.
Полученные из этих материалов протезы можно считать высококачественным продуктом. Исключительная биологическая совместимость позволяет протезировать пациентов любого возраста. Также для костной хирургии это относительно дешевые и доступные биоматериалы из отечественного сырья. В будущем имплантаты могут поступить в промышленное производство, и наоборот, будут востребованы в области персонализированной медицины.
