Ученые улучшили фосфатную керамику для замещения костной ткани
Фосфатные костные имплантаты, содержащие стронций, лучше приживаются. К такому выводу пришли авторы новой работы. Полученные данные вместе с разработанным подходом к изучению биологических свойств фосфатов позволят создать материалы с высоким показателем биосовместимости.
Все наши кости состоят из фосфатов, поэтому их смело можно назвать одними из важнейших молекул человека. К сожалению, любая живая ткань может видоизменяться и разрушаться, образуя злокачественные новообразования, и кости – не исключение. Рак костей (остеосаркома) – один из самых агрессивных видов онкологических заболеваний, так как быстро развивается и дает метастазы. Лечение рака кости подразумевает обязательное удаление пораженного участка кости. После этого при возможности устанавливают имплантат из различных материалов, в том числе фосфатной керамики. Однако схожий с костью состав не исключает возможности отторжения протеза организмом, что приносит пациенту дополнительные проблемы и расходы.
Сейчас многие исследователи из разных областей науки разрабатывают новые, более совершенные материалы для восстановления костной ткани. Лучшая основа – керамика на основе разных форм фосфатов кальция. Они схожи с натуральной костной тканью организма и нетоксичны.
Содержащиеся в теле человека фосфаты принадлежат в основном двум структурным типам: гидроксиапатит и витлокит. «Мы стали изучать материалы на основе витлокита, потому что он лучше растворим по сравнению с гидроксиапатитом, и именно это свойство позволяет добиться формирования новой костной ткани в приемлемое время, – пояснила один из авторов работы, доцент кафедры химической технологии и новых материалов химического факультета МГУ кандидат химических наук Дина Дейнеко. – При этом мы хотели не только свести к минимуму отторжение материалов организмом, но и наделить имплантаты другими способностями: стимулировать деление клеток, улучшать дальнейшее заживление пораженного участка, оказывать антибактериальное действие».
Чтобы достичь этих целей, научная группа создавала материал, содержащий ионы стронция в разных количествах. Они способны стимулировать рост кости и при этом подавлять ее разрушение – важный естественный процесс, но не тогда, когда массы не хватает. Еще они помогают прорастанию в место дефекта кровеносных сосудов, питающих новые ткани. В результате серии экспериментов ученые смогли не только получить усовершенствованный материал для имплантатов, но и отработать новый подход к исследованию биологических свойств этого класса соединений.
«Отличие нашей группы от огромного количества других ученых, которые занимаются этой темой (в том числе за рубежом) – подход к исследованию биологических свойств. Мы уделяем очень большое внимание структуре и ее влиянию на свойства конечного материала. Это не просто перебор концентраций и ионов, как часто делают сейчас в литературе, а интерпретация свойств образца с точки зрения кристаллохимии, – рассказала Дина Дейнеко. – Среди нас есть биологи, которые предлагают идею для синтеза, и мы получаем соединения, исследуем их с помощью различных методов анализа, определяем влияние модификации структуры на проявляемые свойства. На сегодня все гипотезы о биологических свойствах мы подтвердили опытами in vivo на образцах клеток остеобластов и остеосаркомы».
Исследователи планируют продолжить эксперименты с другими ионами и сочетать их друг с другом, чтобы добиться комбинированного действия имплантата. Одна из главных целей – достичь выраженного антибактериального эффекта, чтобы уменьшить риск возникновения имплант-ассоциированной инфекции.
