Студентка НИЯУ МИФИ разработала композит для восстановления костных тканей

Студентка третьего курса Института ядерной физики и технологий Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» Маргарита Керученко занимается разработкой новых материалов для медицинского применения. Созданный композит позволит получать 3D-печатные биорезорбируемые имплантаты, постепенно замещаемые натуральными костными тканями.

Тема исследовательской работы Маргариты — «Получение стронций замещенного витлокита, допированного катионами эрбия и возможность его применения в восстановительной хирургии».

«Керамику на основе фаз фосфата кальция я допирую катионами стронция и эрбия, что позволяет добиваться лучшей биорезорбируемости — способности материала растворяться в условиях организма. Я создаю материал, которым можно заполнить пустоты, скажем, при удалении части кости, что случается, например, при онкологических заболеваниях. Постепенно имплантат растворяется и индуцирует рост костной ткани в том месте, где он находился. По сути, я пытаюсь получить неорганический аналог костной ткани. Витлокит — это кристаллическая структура природного минерала. Подобную ей, но синтетическую, а именно β-трикальцийфосфат с химической формулой Ca3(PO4)2 (β-ТКФ), получаю я», — рассказала Маргарита в интервью пресс-службе НИЯУ МИФИ.

Особенность этой структуры — возможность катионных и анионных изоморфных замещений, что позволяет вводить практически любые катионы или анионы и тем самым влиять на свойства материала.

«Получение неорганических материалов для биомедицинского применения — достаточно обширная и очень актуальная на сегодняшний день тема. Кальций-фосфатная керамика со стронцием — не мое изобретение. Инновация в том, что, во-первых, мы вводим в материал дополнительные катионы эрбия, которые, как ожидается, будут способствовать появлению фотолюминесценции для фототермической абляции раковых клеток. Во-вторых, я пытаюсь получить не просто керамическое изделие по стандартной технологии, а с помощью методов аддитивного производства. В этом и состоит новизна моего проекта. Благодаря эрбию открываются новые, неожиданные возможности. Эрбий — тяжелый элемент. Вводя его, мы добиваемся рентгеноконтрастности. Зачем это нужно? К примеру, мы имеем дело с пациентом, страдающим онкологическим заболеванием. Из-за саркомы, которая развилась в костной ткани, часть кости человеку удаляют, заменяя фрагмент нашим композитным материалом, и он достаточно прочный, с крепкой кристаллической структурой. Мы можем направить на этот материал лазер и, используя свойство фототермии, разрушить метастазы, если они возникли, не повреждая при этом здоровые клетки. Это дополнительное свойство. Основное — наш материал отличный аналог костной ткани, заменяющий костную компоненту», — пояснила Маргарита.

Прочность — одно из важных преимуществ нового материала. Пока не начнется более активная выработка остеобластов, и костная ткань не заместит имплантат, он должен выдерживать все прилагаемые нагрузки. По мере восстановления натуральных костных тканей материал будет рассасываться и выводиться из организма.

Сегодня в медицине используются как трансплантаты, так и неорганические имплантаты. В последние годы рынок биоматериалов для восстановления костных тканей сократился из-за ухода зарубежных компаний, но началась разработка отечественных биоматериалов.

«Сейчас рынок костно-замещающих материалов в основном представлен гидроксиапатитом. Например, в ИМЕТ РАН мой научный руководитель Полина Крохичева занимается разработкой костных неорганических цементов на основе кальций-магний фосфатов. Они используются для вертебропластики, когда заполняют содержимое позвонков, например при остеопорозе. Нашему материалу, включающему стронций и эрбий, несомненно тоже найдется место на рынке. Тем более, с помощью 3D-печати и нового материала можно изготавливать индивидуальные изделия, конкретные заданные формы, то есть, условно говоря, моделировать те участки костей, которые нуждаются в замене», — рассказала Маргарита. 

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.