Российские ученые разработали материал, который сочетает несколько свойств, важных для восстановления костной ткани, — пористость, прочность, контролируемое рассасывание и антибактериальную активность. Технология на основе специальных гранул может применяться в случаях, когда высок риск инфекции, — например, при лечении открытых и осколочных переломов, восстановлении кости после удаления опухолей и кист, а также повторных операциях по замене суставов. Перспективным направлением может стать и стоматология — в частности, подготовка челюсти к установке имплантатов, рассказали «Известиям» эксперты. Однако до внедрения в клиническую практику материалу предстоит пройти полный цикл испытаний.

Для восстановления поврежденных костей в НИТУ МИСИС запатентовали специальные гранулы на основе материала, близкого по составу к минеральной части костной ткани. Благодаря добавлению ионов стронция и серебра разработка способствует интеграции с окружающими тканями и обладает антибактериальными свойствами. Кроме того, технология позволяет управлять скоростью постепенного рассасывания гранул в организме, рассказали «Известиям» ученые.

Костные дефекты могут возникать после тяжелых переломов, заболеваний или хирургических операций. Если поврежденный участок имеет большой размер, собственных ресурсов организма бывает недостаточно для его полноценного восстановления. В таких случаях врачи используют остеопластические материалы — специальные заменители, которыми заполняют дефект и создают условия для формирования кости.

Один из наиболее распространенных материалов для таких разработок — гидроксиапатит. Он близок по составу к минеральной составляющей кости, поэтому хорошо подходит в качестве основы для биоматериалов. Однако у него есть ряд ограничений: недостаточная прочность, невысокая пористость и низкая скорость растворения. Еще одна проблема — отсутствие антибактериального действия, особенно важного при работе с участками, где существует риск инфекции. Кроме того, производство некоторых материалов требует значительных временных и энергетических затрат.

Ученые предложили решить эти задачи с помощью гранул, в которых часть ионов, формирующих кристаллическую структуру гидроксиапатита, заменена ионами стронция и серебра. Такое изменение состава позволяет одновременно влиять на несколько свойств материала.

— Серебро известно своими антибактериальными свойствами, однако его избыток может негативно влиять не только на бактерии, но и на клетки организма, поэтому при создании материала важно подобрать такое количество серебра, которое обеспечит необходимый антибактериальный эффект без повреждения здоровых тканей. Стронций в свою очередь — микроэлемент костной ткани, он играет важную роль в остеогенезе. В разрабатываемом материале сочетание двух элементов позволит получить антибактериальные свойства одновременно с улучшением остеоинтеграции — способности материала взаимодействовать с костной тканью и встраиваться в нее, — отметила доцент кафедры общей и неорганической химии НИТУ МИСИС Екатерина Чиканова.

При этом гранулы представляют собой не просто порошок гидроксиапатита, а материал с заданной структурой, позволяющей управлять его свойствами. За счет состава и условий получения можно регулировать пористость, механическую прочность и скорость растворения в организме. В лабораторных условиях последняя составляет не менее трех недель.

По словам ректора НИТУ МИСИС Алевтины Черниковой, ученые вуза в рамках госпрограммы «Приоритет-2030» разрабатывают материалы и технологии, которые позволяют ускорить лечение даже в сложных медицинских случаях. В перспективе новая технология может стать основой для отечественного производства остеопластических материалов с контролируемыми характеристиками, отметила она.

— Разработка ориентирована на применение в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии. На следующем этапе проект предполагает получение опытного образца гранулированного материала и дальнейшую оценку его характеристик, — сказал соавтор технологии, аспирант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Института новых материалов вуза Кирилл Кучеряев.

Авторы проекта попытались решить в одном материале сразу три задачи — восстановление костной ткани, защиту от инфекции и контроль скорости рассасывания имплантата, рассказала «Известиям» специалист по биоматериалам и тканевой инженерии рынка НТИ «Хелснет» Людмила Быстрицкая.

— Технология может быть востребована там, где высок риск инфекции. Это лечение открытых и осколочных переломов, восстановление кости после удаления опухолей и кист, повторные операции по замене суставов. Перспективна она и для стоматологии, например при подготовке челюсти к установке имплантатов, — уточнила она.

Синтетический имплантат при введении в кость становится для организма инородным телом, отметил заместитель директора Медицинского научно-образовательного центра НГУ по медицинской деятельности Алексей Пелеганчук. Бактерии могут закрепляться на его поверхности и формировать биопленку — структуру, устойчивость которой к антибиотикам в сотни раз выше, чем у свободно плавающих микроорганизмов. Инфекция в области костного дефекта считается серьезным осложнением: она может привести к разрушению имплантата, хроническому остеомиелиту и повторным операциям.

— Серебро — один из немногих антибактериальных агентов, эффективных против биопленок и при этом не требующих системного применения антибиотиков. Оно действует локально и постепенно высвобождается по мере рассасывания гранул, — сказал он.

У технологии есть и другие потенциальные преимущества, однако ее реальную эффективность можно будет оценить только после проведения сравнительных клинических испытаний, подчеркнул специалист.