Биоактивный полимерно-керамический композит для фиксации имплантатов и восстановления костных дефектов черепа разработан международной группой материаловедов из Центра композитных 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 Society.

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» — российский технический университет; первый вуз в стране, получивший статус национального исследовательского технологического университета.

Полиметилметакрилат (ПММА) — это синтетический полимер, используемый хирургами в качестве «костного цемента» из-за его самоотверждающихся свойств и прочности. Но этот материал по своей природе биоинертен, поэтому имеет слабые химические и биологические взаимодействия с живыми тканями и с трудом интегрируется с костями.

Коллектив Центра композитных материалов НИТУ «МИСиС» решил эту проблему, модифицировав полиметилметакрилат, добавив диопсид — материал из разряда силикатной биокерамики. Он известен отсутствием токсичности для живых клеток, биоразлагаемостью и способностью стимулировать остеогенез — образование костной ткани на его поверхности.

Яичная скорлупа имеет такие преимущества для здоровья, как минерализация и рост костей, лечение остеопороза, и поэтому используется в качестве костного трансплантата. Мы приняли экономичный подход к переработке биоотходов, чтобы улучшить качество жизни пациентов с заболеваниями костей. При производстве композитов использовался диопсид, полученный из яичной скорлупы, – Инна Булыгина, соавтор исследования, студентка факультета биоматериаловедения ИФН НИТУ «МИСиС».

Разработчики предложили оптимизировать материал, добавив в полимерную матрицу ПММА биоактивную керамику. В результате ученые получили пористый композитный материал ПММА/диопсид, который был произведен методом литья в растворитель. В ходе экспериментов исследователи пробовали разные пропорции диопсида — 25, 50 и 75%.

Процесс образования и резорбции костей регулируется несколькими агентами, включая факторы роста, белки и гормоны. В то же время различные ионы, такие как фосфор, кальций, стронций, магний и диоксид кремния, участвуют в регенерации, минерализации и метаболизме костей, и именно эти элементы обеспечивают введение диопсида в композит.

Образцы, содержащие 50% диопсида, показали лучший результат — они продемонстрировали 4-кратное увеличение прочности на сжатие и после 4 недель испытаний in vitro показали хорошую способность откладывать костные минералы на своей поверхности. Механические свойства полученных пористых композитов соответствуют свойствам губчатой кости человеческого тела.

По мнению ученых, отходы сельскохозяйственной и пищевой промышленности могут быть использованы для промышленного производства хирургического материала. Однако сбор, очистка и переработка потребуют раздельного сбора отходов. В настоящее время разработчики завершают серию лабораторных испытаний полученных образцов.