Ученые МГУ улучшили свойства керамических материалов для лечения сложных переломов

Чаще всего в остеосинтезе при сложных переломах нуждаются профессиональные спортсмены, испытывающие колоссальные физические нагрузки, и пожилые люди: с возрастом костная масса уменьшается. Но не все имплантаты одинаково полезны — ​полученные в МГУ материалы на основе двойных фосфатов магния-натрия обладают рядом серьезных преимуществ.

При сложных переломах иногда требуется болезненная операция с установкой имплантата. Хирурги в России чаще всего используют металлические конструкции. «Они часто не приживаются, нужно менять имплантат, а новое хирургическое вмешательство — ​огромный стресс для пациента», — комментирует Илья Преображенский, участник исследования, аспирант факультета наук о материалах МГУ. Кроме того, металл гораздо прочнее костной ткани, что вызывает нежелательное истирание кости в месте стыка. И наконец, у многих людей металлические имплантаты вызывают аллергическую реакцию.

Керамика на основе фосфатов магния-натрия полностью растворяется в организме, не оставляя токсичных веществ. «Сначала имплантат выполняет функцию костной ткани, а со временем его замещает костная ткань, и он растворяется, становясь источником биологических элементов — ​строительных блоков, необходимых для регенерации клеток, — ​поясняет Илья Преображенский. — ​Поскольку традиционная керамика имеет в своем составе трикальцийфосфат или гидроксиапатит, она растворяется медленно — ​в среднем несколько миллиметров за год. А в нашем материале за счет фосфатов магния скорость значительно увеличивается, ускоряется и процесс регенерации тканей. Примечательно, что такая биокерамика имеет более близкие значения кислотности среды, что позволяет не провоцировать гибель клеток рядом с имплантатом. Конечно, по сравнению с металлом керамика более хрупкая, но это приемлемо для использования в качестве биоматериалов. Мы не добавляли в состав других соединений для увеличения прочности, но сами соединения фосфатов магния-натрия должны обладать более высокими значениями прочности за счет большей энергии кристаллической решетки».

Илья Преображенский также подчеркивает, что магний стимулирует биологические реакции, благодаря ему они протекают значительно быстрее, что тоже хорошо влияет на динамику регенерации.

В лаборатории образцы инновационной керамики уже исследованы на кинетику биодеградации. Ученые проверили материал на растворение в модельной среде, нашли оптимальные условия синтеза порошков фосфатов магния, изучили их тепловые превращения при нагревании, что важно для изготовления керамики. Также провели биологические тесты in vitro, то есть в искусственных условиях, приближенных к условиям в организме человека. На поверхность керамики определенным способом высеивали остеобласты — клетки костной ткани, синтезирующие межклеточное вещество. В ходе экспериментов было доказано, что материал не оказывает острого цитотоксического воздействия. Вскоре биокерамика пройдет испытания in vivo на лабораторных животных, а именно на крысах и кроликах.

«Я надеюсь, что финалом работы станет материал, который поможет сократить время восстановления пациентов после травм, уменьшить количество повторных операций и, соответственно, срок восстановления. Я сделаю все возможное, чтобы эта разработка выросла до продукта, помогающего людям», — ​говорит Илья Преображенский.