Биоактивный полимерно-керамический композит для фиксации имплантатов и восстановления костных дефектов черепа разработан международной группой материаловедов Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС». Инновационный состав материала на основе биокерамики из яичной скорлупы обеспечивает повышенную прочность и биоинтеграцию имплантатов. Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Journal of Asian Ceramic Societies.
Полиметилметакрилат (ПММА) — это синтетический полимер, который используется хирургами в качестве «костного цемента», благодаря его способности к самоотверждению и прочности. Но этот материал биоинтертен по своей природе, поэтому имеет слабое химическое и биологическое взаимодействие с живыми тканями и почти не интегрируется с костью.
Ученые активно исследуют ПММА на предмет «оптимизации» для более широкого применения в различных биомедицинских областях, например, обеспечения надежной фиксации искусственных суставов/имплантатов, стоматологических фиксаторов, закрытия дефектов черепа при различных травмах и тд.
Коллектив Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» решил эту задачу, модифицировав полиметилметакрилат с помощью добавки диопсида — материала из разряда силикатной биокерамики. Он известен такими свойствами, как отсутствие токсичности для живых клеток, биоразлагаемостью и способностью стимулировать остеогенез — образование костной ткани на своей поверхности.
«Яичная скорлупа обладает полезными для здоровья свойствами, такими как минерализация и рост костей, лечение остеопороза и поэтому используется в качестве костного трансплантата. Мы переняли экономически эффективный подход по переработке биоотходов для улучшения качества жизни пациентов с заболеваниями костей. Для изготовления композитов использовался диопсид, полученный из яичной скорлупы», — говорит соавтор исследования, магистрант iPhD «Биоматериаловедение» НИТУ «МИСиС» Инна Булыгина.
Разработчики предложили оптимизировать материал путем добавки биоактивной керамики в полимерную матрицу ПММА.
«В итоге мы получили пористый композиционный материал ПММА-диопсид, который был произведен методом литья в раствор. В ходе опытов мы экспериментировали с разными пропорциями диопсида — 25%, 50% и 75%», — добавил один из авторов разработки, постдок НИТУ «МИСиС» Раджан Чоудхари.
По словам ученого, известно, что процесс формирования и резорбции костей регулируется несколькими агентами, включая факторы роста, белки и гормоны. При этом различные ионы, такие как фосфор, кальций, стронций, магний и диоксид кремния участвуют в регенерации, минерализации и метаболизме костей, и именно ряд этих элементов обеспечивает введение диопсида в состав композита.
«Лучшие результаты показали образцы, содержащие 50% диопсида — они продемонстрировали увеличение прочности на сжатие в 4 раза, а также в течение 4 недель испытаний in vitro показали хорошую способность к осаждению костных минералов на своей поверхности. При этом мы установили, что механические свойства полученных пористых композитов соответствуют свойствам губчатой кости человеческого организма», — пояснил Раджан Чоудхари.
По словам ученых, для промышленного изготовления хирургического материала можно использовать отходы сельскохозяйственного, а также пищевого производств. Однако, сбор, очищение и переработка потребуют раздельного сбора мусора.
В настоящее время разработчики завершают серию лабораторных испытаний полученных образцов.
