Хирургический материал для травм черепа на основе яичной скорлупы

Хирургический материал для травм черепа на основе яичной скорлупы

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", - добавил 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.

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 16 направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учится более 20 000 обучающихся, среди них 26% - это студенты из 84 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.