Ростовские учёные предложили основу для «умных» имплантатов, способных превращаться в костную ткань
Учёные Южного федерального университета (ЮФУ) разработали перспективный подход к созданию биоматериалов для ортопедии и стоматологии, способных не просто приживаться, но и трансформироваться в полноценную костную ткань. Исследование опубликовано в журнале Journal of Physics and Chemistry of Solids.
Ключевой проблемой при протезировании костей и зубов остаётся биосовместимость и долгосрочная интеграция имплантата с живыми тканями. Для её решения авторы работы предложили использовать брушит — фосфатный минерал, который в организме может преобразовываться в гидроксиапатит, основной компонент натуральной костной и зубной ткани. В отличие от уже существующих гидроксиапатит-содержащих материалов, которые имеют технические ограничения по прочности и адаптивности, брушит-содержащие композиты активны после имплантации и превращаются в гидроксиапатит уже в условиях биологической среды.
Уникальность разработки заключается в обнаружении синергетического эффекта между двумя типами добавок: карбонатом кальция и белками. Учёные установили, что их комбинация действует как катализатор процесса: частицы брушита начинают растворяться, а на их месте формируются новые, более прочные кристаллы гидроксиапатита, идентичные натуральным. Особенно эффективным оказался яичный альбумин — он ускорял превращение значительно быстрее других протестированных белков.
Механизм этого явления объяснён через эффект Ребиндера — процесс, при котором поверхностно-активные вещества снижают прочность твёрдого тела, способствуя его контролируемому растворению и перекристаллизации. Это позволяет не только ускорить заживление, но и управлять формой и размером растущих кристаллов, что критически важно для механической устойчивости будущей костной структуры.
Полученные композиты были созданы в виде пасты, что делает их удобными для клинического применения. Их превращение исследовалось в трёх средах: дистиллированная вода, физиологический раствор и раствор, имитирующий состав внеклеточной жидкости. Методы анализа — рентгенофазовый анализ и сканирующая электронная микроскопия — подтвердили высокую степень конверсии брушита в гидроксиапатит.
По словам заведующей научной лабораторией МИИ ИМ ЮФУ Елизаветы Мухановой, полученные результаты открывают путь к созданию так называемых «умных» биоматериалов, способных адаптироваться к индивидуальным особенностям пациента. На следующем этапе коллектив планирует провести количественную оценку эффективности, биосовместимости и безопасности новых материалов в целях последующего перехода к доклиническим и клиническим испытаниям.
