Сотрудники Химического факультета МГУ создали керамические матриксы из смешанных фосфатов кальция и щелочных металлов для регенерации костной ткани. Ученые апробировали технологическую схему создания таких матриксов – макропористых каркасов, включающую 3D-печать моделей с разрешением отдельных деталей до 50 мкм.

Имплантаты из собственной костной ткани (аутогенные) до сих пор считаются «золотым стандартом» в реконструктивной ортопедической и челюстно-лицевой хирургии. Тем не менее, целый ряд обстоятельств медицинского и этического характера делает перспективными синтетические материалы на основе биологически совместимых веществ. Для восстановления костной ткани помимо биохимически активных веществ и клеток необходимо наличие слаборастворимого каркаса – матрикса, который должен деградировать с той же скоростью, с которой происходит образование новой кости и обладать определенными прочностными свойствами, а также проницаемостью.

Первые попытки применения кальцийфосфатной керамики в медицине относятся к 1920-ым годам. Начиная с 1970-ых подобные материалы уже упоминаются как биокерамика, а в 1988 в Киото (Япония) состоялся первый биокерамический симпозиум. Рынок биосовместимой керамики в течение последних лет демонстрируют достаточно высокие показатели (оборот более 3 млрд.$ в 2017 г и рост около 8% в год); потребности отечественного здравоохранения в костных имплантатах оцениваются на уровне 200 тыс. единиц в год.

«На сегодняшний день широкое коммерческое применение кальцийфосфатной биокерамики в стоматологии и хирургии состоялось в значительной степени благодаря достижениям ученых из США, Европы и Японии в 1970–80 гг; свой вклад внесли и российские исследователи. Примерно тогда же возникла идея, что эта керамика должна быть пористой (в идеале – как пена); собственно, это уже и есть биокерамический матрикс», – комментирует руководитель исследования, доцент, кандидат химических наук Валерий Путляев.

Сотрудники химического факультета МГУ занимаются созданием пористой биокерамики с 2003 года. «Необходимо отметить, что значительный стимул исследованиям в этой области придал покойный академик РАН Ю. Д. Третьяков. Сейчас в исследованиях так или иначе заняты сотрудники Химического факультета, Факультета наук о материалах, Факультета фундаментальной медицины, Института механики МГУ, а также наши коллеги из других организаций, в том числе РАН», – рассказал о работе ученых и.о. декана химического факультета, член-корр. РАН Степан Калмыков.

Сотрудники МГУ спроектировали и изготовили ряд керамических композитных матриксов на основе смешанных фосфатов кальция-натрия-калия с архитектурой Кельвина и высокой проницаемостью. Архитектура Кельвина – одна из моделей строения регулярного пористого материала на основе плотно сложенных октаэдров с обрезанными вершинами, предложенная Уильямом Томсоном (известным, как Кельвин) еще в конце XIX века. Пористость материала необходима для ускоренного врастания в нее регенерируемой костной ткани.

Российские ученые разработали технологическую схему изготовления матриксов с использованием стереолитографической 3D-печати. Результаты исследования биосовместимости материалов с культурой клеток фибробластов человека показали, что матриксы не являются цитотоксичными; в настоящее время активно ведутся доклинические исследования поведения таких матриксов при их имплантировании в костные дефекты малых лабораторных животных.

Результаты исследования ученых опубликованы в нескольких выпусках журнала «Неорганические материалы». Работа выполнялась в рамках пятилетнего цикла исследований, поддержанных грантом Российского научного фонда.