Российские ученые разработали гранулы для восстановления костной ткани с антибактериальным эффектом

Для восстановления повреждённых костей учёные НИТУ МИСИС запатентовали специальные гранулы на основе материала, близкого по составу к минеральной части костной ткани. Благодаря добавлению ионов стронция и серебра новый материал способствует её интеграции с окружающими тканями и обладает антибактериальной активностью. Технология получения гранул также позволяет управлять скоростью их постепенного рассасывания в организме.

Костные дефекты могут возникать после тяжёлых переломов, заболеваний или хирургических операций. Если повреждённый участок имеет большой размер, организму бывает недостаточно собственных ресурсов для его полноценного восстановления. В таких случаях врачи используют остеопластические материалы — специальные заменители, которыми заполняют дефект и создают условия для формирования новой костной ткани.
Одним из наиболее распространённых материалов для таких разработок является гидроксиапатит. Он близок по составу к минеральной составляющей кости и поэтому хорошо подходит в качестве основы для биоматериалов. Однако у них есть ряд ограничений: недостаточная прочность, невысокая пористость и низкая  скорость растворения. Ещё 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.
Учёные НИТУ МИСИС предложили решить эти задачи с помощью гранул, в которых часть ионов, формирующих кристаллическую структуру гидроксиапатита, заменяют ионами стронция и серебра. Такое изменение состава позволяет одновременно воздействовать 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 для создания материала важно подобрать такое количество серебра, которое обеспечит необходимый антибактериальный эффект без повреждения здоровых тканей. Стронций, в свою очередь, является микроэлементом костной ткани и 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 неё», — отметила Екатерина Чиканова, доцент кафедры общей и неорганической химии НИТУ МИСИС.

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

Пористая структура обеспечивает проникновение жидкости и взаимодействие с клетками, а сами гранулы при этом сохраняют достаточную прочность и хорошо заполняют костный дефект. Таким образом, в одном материале удаётся совместить ключевые характеристики — прочность, пористость и контролируемую резорбцию. Технология получения при этом остаётся относительно простой. Учёные оптимизируют состав и режим сушки, чтобы обеспечить воспроизводимость свойств и возможность масштабирования производства. Подробности исследования опубликованы в научном журнале Неорганические материалы.

«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 разработки, аспирант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Института новых материалов НИТУ МИСИС Кирилл Кучеряев.