В ТГУ создают конфигурируемые при имплантации «заплатки» для дефектов кости
Технологию синтеза новых материалов для реконструктивной хирургии кости, позволяющих придавать имплантату любую нужную форму во время операции, разрабатывают ученые химического факультета (ХФ) Томского государственного университета (ТГУ), 30 мая сообщает пресс-служба вуза.
Основой для новых материалов служат поливиниловый спирт и гидроксиапатит — природный минерал, являющийся основным компонентом костей. Возможность изменения конфигурации имплантата под размеры дефекта достигается за счет криоструктурирования, позволяющего создавать материал, имеющий консистенцию плотного желе.
Руководитель проекта, сотрудник лаборатории химических технологий ХФ ТГУ Дарья Лыткина пояснила:
«Одна из ключевых задач регенеративной медицины — создание материалов-заменителей тканей с соответствующими механическими свойствами, микроструктурой, способствующей прикреплению, росту клеток и образованию новой костной ткани».
В настоящее время не существует материалов для резорбируемых (рассасываемых со временем в организме) имплантатов для реконструкций костных дефектов с заданными физико-химическими свойствами, отметила ученый.
Химики ТГУ поставили перед собой задачу создать материал, предназначенный для реконструкции дефекта кости, расположенной там, где нет значительных механических нагрузок, таких как лицевые кости черепа.
За основу они взяли гели поливинилового спирта (ПВС), которые не токсичны, гидрофильны, биосовместимы, обладают пористой структурой и высоким содержанием воды, чем напоминают природный суставной хрящ.
Недостатки криогелей ПВС, в том числе низкие механические свойства и отсутствие способностей создавать биологические связи между имплантатом и живыми тканями, ученые преодолели, модифицировав их гидроксиапатитом.
Новый материал на основе криогеля поливинилового спирта и гидроксиапатита предназначен в основном для заполнения пустот, остающихся после закрытия основного дефекта, например, после сборки костных обломков после перелома. В таких пустотах после операции может скапливаться гной, что приведет к тяжелым осложнениям.
Материал будет иметь консистенцию очень упругого желе, позволяющую хирургам заполнять им дефекты любой формы. Его пористая структура легко прорастает сосудами и костными клетками пациента.
«Цель проекта — разработать фундаментальные основы получения композиционных материалов, — сообщила Дарья Лыткина. — В частности, будут определены оптимальные концентрации главных компонентов, определены режимы замораживания-оттаивания для получения материалов с наиболее высокими механическими характеристиками. Полученные знания позволят прогнозировать взаимосвязь между физико-химическими и функциональными свойствами композитов».
Для достижения этой цели учеными активно используется математическое моделирование, которое помогает понять, как и какие именно фосфаты формируются в среде поливинилового спирта, а также, как образование фосфатов влияет на формирование гелей поливинилового спирта, как взаимодействие с ионами, входящими в состав фосфатов кальция, изменяет степень набухания гелей, температуру их плавления и механические свойства.
Фундаментальные знания, которые получат ученые ТГУ в рамках проекта, в дальнейшем будут использованы для создания безопасных биосовместимых тканеинженерных конструкций, доступных широкому кругу пациентов.
