Российские ученые разработали керамические материалы для восстановления костных тканей

Российские исследователи создали керамические материалы на основе фосфатов магния для изготовления временных костных имплантатов, не уступающих костным тканям по прочности, но при этом постепенно растворяющихся и замещающихся здоровыми тканями. Полученные материалы пригодны для создания высокопористых керамических структур методом стереолитографической 3D-печати.

«Хризантемы» из кристаллов гидроксиапатита: иллюстрация биоактивности керамики на основе фосфатов магния

«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 подбирать имплантаты для пациентов с разными травмами», — рассказала старшая научная сотрудница МГУ имени Ломоносова Елена Климашина.

Травмы и различные возрастные изменения в работе организма в некоторых случаях приводят к разрушению костных тканей, особенно часто среди пожилых пациентов. При серьезных повреждениях врачи в большинстве случаев устанавливают имплантаты из титана, которые при небольших размерах повреждений извлекаются из тела после заживления естественных тканей в ходе дополнительных операций.

Подобные соображения заставляют ученых разрабатывать материалы, временно выполняющие функцию опор, а по мере восстановления костных тканей постепенно и полностью растворяющиеся без вреда для организма. Исследователи из МГУ и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН создали и всесторонне изучили свойства керамических биоразлагаемых материалов на базе фосфатов магния.

Микрофотографии порошкового прекурсора (а) и полученной из него керамики на основе фосфатов магния (б)

В общей сложности исследователи подготовили три варианта керамики на базе двух форм фосфорных солей магния и проследили за тем, насколько хорошо они переносят механические нагрузки и как ведут себя в среде, похожей по свойствам на человеческий организм. Опыты показали, что все созданные материалы обладают прочностью и жесткостью, сопоставимой с естественными костными тканями и при этом способствуют интеграции и размножению живых клеток. Определены температура и время изготовления (900ºC, двенадцать часов) и проведена пробная 3D-печать однофазной магний-фосфатной пористой керамики со структурой Кельвина.

Также исследователи обнаружили, что скоростью растворения таких имплантатов внутри организма можно управлять, меняя соотношение ионов магния и фосфора в материале, что позволяет гибко подбирать время, в течение которого имплантат будет поддерживать костную ткань внутри тела. Это делает керамические материалы особенно перспективными кандидатами на роль основы будущих временных костных имплантатов.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Ceramics International. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.