Проблема используемых костных имплантатов, даже самых современных, нередко заключается в их отторжении. Они остаются инородным телом, не приживаются в организме и требуют замены. Технология ростовских исследователей решает эту задачу: созданный ими материал не просто замещает утраченный участок кости, а служит матрицей для роста новой, собственной.
В основе открытия - управляемая трансформация минералов. Исходным веществом служит брушит (одна из форм фосфата кальция). Его состав близок к составу костной ткани. Лабораторным путем ученые добились его контролируемого превращения в гидроксиапатит - основной неорганический компонент человеческих костей и зубов.
Этот процесс объясняется эффектом Ребиндера - когда поверхностно-активные вещества изменяют прочность и структуру твердого тела. Особенно эффективным оказался вариант с яичным альбумином - белком, который заметно ускорил превращение в костный материал. Когда такая паста попадает в жидкость, по составу близкую к крови или слюне, начинается почти живой процесс роста: частицы брушита растворяются, а на их месте вырастают упорядоченные кристаллы гидроксиапатита.
- Нашей главной задачей было не просто получить гидроксиапатит, а управлять этим процессом, - поясняет заведующая научной лабораторией Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Елизавета Муханова. - Мы подобрали уникальный катализатор - комбинацию карбоната кальция и специфических белков. Вместе они многократно ускоряют реакцию, заставляя частицы брушита растворяться и выстраиваться в прочные упорядоченные кристаллы, идентичные натуральным.
При помещении состава в среду, имитирующую физиологические жидкости, начинается процесс, напоминающий естественный рост: материал перестраивается на молекулярном уровне, формируя прочную биосовместимую структуру.
Это открытие прокладывает путь к персонализированной медицине будущего. Его применение перспективно в стоматологии, ортопедии и реконструктивной хирургии.
Врачи смогут использовать "умную" пасту для восстановления костной ткани челюсти или в травматологии для лечения сложных переломов. Материал будет подстраиваться под индивидуальные анатомические и физиологические особенности конкретного человека.
Сейчас ученые приступили к следующему, самому ответственному этапу - доклиническим исследованиям, которые включают тесты на биосовместимость с клеточными культурами и лабораторными животными.
В случае успеха на внедрение технологии в широкую клиническую практику может потребоваться около пяти лет. Статью о своем исследовании ученые ЮФУ опубликовали в международном научном издании Journal of Physics and Chemistry of Solids.