Костные имплантаты улучшили за счет... соли
Добавки из поваренной соли и двух белков помогают имплантатам быстрее прижиться после пересадки.
Для изготовления костных имплантатов очень часто используют полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) - прочный материал, устойчивый к агрессивным химическим средам, износостойкий, совместимый с биологическими тканями. ПЭЭК применяют в основном в спинальной хирургии - для протезирования межпозвоночных дисков. Также из него можно делать имплантаты трубчатых и плоских костей, но здесь требуется обеспечить прочное срастание ПЭЭК с костью пациента. Для этого материал необходимо дополнительно обработать, чтобы у него появилась пористая структура, в которую прорастала бы костная ткань. Чтобы уподобить ПЭЭК настоящей кости, используют разные методы (например, вспенивание газом или разделение фаз), однако до сих пор не удавалось добиться достаточной структурной схожести его с натуральной костью.
(Фото НИТУ «МИСиС»)
Исследователи из Национального исследовательского технологического университета (НИТУ) «МИСиС» и Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи разработали подход, который может решить эту проблему. ПЭЭК-имплантат делают с добавлениями гидроксилапатита - основного минерального компонента костной ткани, обычной соли, а также двух белков, эритропоэтина и костного морфогенетического белка BMP-2.
«Вначале мы разбивали порошок гидроксиапатита в более мелкие частицы. Затем смешивали его с ПЭЭК и добавляли хлорид натрия, поваренную соль, причем с частицами сферической формы - не любая соль подойдет, так как кристаллы соли могут быть кубической формы, а это не соответствует естественной пористости кости. После термопрессования образцы отмывались для растворения соли. В результате получался материал с 80-процентной пористостью», - рассказывает один из основных авторов разработки Александр Чубрик.
Для формирования структуры брали кристаллы соли двух размеров - 106-200 микрометров и 40-75 микрометров. Крупные кристаллы позволили сформировать в материале поры, необходимые для прорастания кровеносных сосудов и костной ткани. Мелкие кристаллы создавали микрорельеф, помогающий прикрепиться к поверхности имплантата остеобластам - собственным клеткам пациента, формирующим костную ткань. Костный морфогенетический белок BMP-2 приманивал остеобласты к имплантату и стимулировал рост костной ткани; эритропоэтин способствовал росту кровеносных сосудов и также усиливал рост костной ткани.
Материал проверили на мышах с дефектом черепа; некоторым мышам ставили имплантат из чистого ПЭЭК, другим - ПЭЭК без белков, третьим - ПЭЭК с разной концентрацией белков, и т. д. В статье в Polymer Testing указаны оптимальные концентрации обоих белков, которые помогают зарастить костный дефект с максимальной скоростью - с их помощью приживаемость имплантата удалось повысить в 4-6 раз. Это должно ускорить восстановление после операции, а новая костная ткань на месте дефекта должна выдерживать такие же механические нагрузки, как и прежняя кость. Исследователи планируют продолжить работу над совершенствованием полимерных имплантационных материалов, в том числе используя биорезорбируемые, то есть растворяющиеся со временем соединения.
По материалам пресс-службы НИТУ «МИСиС».
Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)
Для изготовления костных имплантатов очень часто используют полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) - прочный материал, устойчивый к агрессивным химическим средам, износостойкий, совместимый с биологическими тканями. ПЭЭК применяют в основном в спинальной хирургии - для протезирования межпозвоночных дисков. Также из него можно делать имплантаты трубчатых и плоских костей, но здесь требуется обеспечить прочное срастание ПЭЭК с костью пациента. Для этого материал необходимо дополнительно обработать, чтобы у него появилась пористая структура, в которую прорастала бы костная ткань. Чтобы уподобить ПЭЭК настоящей кости, используют разные методы (например, вспенивание газом или разделение фаз), однако до сих пор не удавалось добиться достаточной структурной схожести его с натуральной костью.
(Фото НИТУ «МИСиС»)
Исследователи из Национального исследовательского технологического университета (НИТУ) «МИСиС» и Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи разработали подход, который может решить эту проблему. ПЭЭК-имплантат делают с добавлениями гидроксилапатита - основного минерального компонента костной ткани, обычной соли, а также двух белков, эритропоэтина и костного морфогенетического белка BMP-2.
«Вначале мы разбивали порошок гидроксиапатита в более мелкие частицы. Затем смешивали его с ПЭЭК и добавляли хлорид натрия, поваренную соль, причем с частицами сферической формы - не любая соль подойдет, так как кристаллы соли могут быть кубической формы, а это не соответствует естественной пористости кости. После термопрессования образцы отмывались для растворения соли. В результате получался материал с 80-процентной пористостью», - рассказывает один из основных авторов разработки Александр Чубрик.
Для формирования структуры брали кристаллы соли двух размеров - 106-200 микрометров и 40-75 микрометров. Крупные кристаллы позволили сформировать в материале поры, необходимые для прорастания кровеносных сосудов и костной ткани. Мелкие кристаллы создавали микрорельеф, помогающий прикрепиться к поверхности имплантата остеобластам - собственным клеткам пациента, формирующим костную ткань. Костный морфогенетический белок BMP-2 приманивал остеобласты к имплантату и стимулировал рост костной ткани; эритропоэтин способствовал росту кровеносных сосудов и также усиливал рост костной ткани.
Материал проверили на мышах с дефектом черепа; некоторым мышам ставили имплантат из чистого ПЭЭК, другим - ПЭЭК без белков, третьим - ПЭЭК с разной концентрацией белков, и т. д. В статье в Polymer Testing указаны оптимальные концентрации обоих белков, которые помогают зарастить костный дефект с максимальной скоростью - с их помощью приживаемость имплантата удалось повысить в 4-6 раз. Это должно ускорить восстановление после операции, а новая костная ткань на месте дефекта должна выдерживать такие же механические нагрузки, как и прежняя кость. Исследователи планируют продолжить работу над совершенствованием полимерных имплантационных материалов, в том числе используя биорезорбируемые, то есть растворяющиеся со временем соединения.
По материалам пресс-службы НИТУ «МИСиС».
Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)