Ученые кафедры неорганической химии химфака Томского госуниверситета (ТГУ) запатентовали метод синтеза наноразмерного порошка гидроксиапатита (основного минерального компонента костной ткани), благодаря которому можно создавать матрикс с заданными свойствами для биоискусственных имплантатов костей человека. Новый материал будет востребован в челюстно-лицевой хирургии, стоматологии, травматологии и ортопедии.
Ученые кафедры неорганической химии (ХФ ТГУ) Л. А. Рассказова и Н. М. Коротченко
Фото: ТГУ
В трансплантации главной проблемой всегда была нехватка донорского материала. Дефицит донорских тканей и органов стимулировал развитие тканевой инженерии, которая создает заменители донорского материала. Эти заменители лишь на первом этапе искусственные, потом они постепенно заменяются родной тканью органа, поэтому такие эндопротезы называют биоискусственными. Их основа — матрикс (каркас, или, как говорят ученые, скаффолд), имитирующий бесклеточную составляющую ткани. На поверхности и внутри пор скаффолдов размножаются и дифференцируются тканеспецифичные клетки, в результате чего формируется новая ткань, близкая по свойствам к утраченной, и орган восстанавливает свои функции.
Материал для матрикса костной ткани создали в ТГУ, но задача химиков тут исходно осложнялась тем, что универсальной костной ткани не существует. «Пористость и механические свойства челюстно-лицевых костей, черепной коробки, головки тазобедренного сустава, ребер, предплечья и других неодинаковы. Поэтому для изготовления импланта, который будет заменять утраченный фрагмент конкретной кости, необходим материал с аналогичной структурой»,— говорит доцент кафедры неорганической химии ТГУ Наталья Коротченко.
Нужную текстуру главному минеральному компоненту костной ткани человека гидроксиапатиту надо задавать в зависимости от того, куда именно будет вживляться биоискусственный имплантат, еще на стадии его синтеза. Чтобы придать гидроксиапатиту нужную пористость, ученые ТГУ применяют выгорающие добавки. Они изобрели новый способ синтеза матрикса из гидроксиапатита в микроволновом поле с использованием агар-агара. Желатин выгорает под воздействием высоких температур, после чего в материале остаются поры заданного размера, через которые костные ткани прорастают сквозь имплантат, повышая биосовместимость синтетического материала с родными тканями человека.
Помимо пористости ученые ТГУ меняют и другие характеристики заменителя кости. Например, введение ионов серебра повышает антибактериальные свойства материала, а силикат-ион способствует повышению его резорбируемости и остеоинтеграции, что важно для процесса обновления кости.
Наноразмерный порошок гидроксиапатита, разработанный химиками ТГУ, был создан в рамках САЕ «Институт “Умные материалы”», стратегической академической единицы ТГУ, которая является консорциумом подразделений Томского государственного университета и создана как центр исследований, образования и инноваций мирового уровня.
Сергей Петухов