Немецкие ученые создали на основе фосфата кальция цемент для скрепления костей и изготовления имплантатов, обладающий свойством самовосстанавливаться. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Организм человека способен лечить множество травм и ран самостоятельно, но при сложных повреждениях костей необходимо хирургическое вмешательство. В таких случаях медики используют материалы, которые частично или полностью восстанавливают форму и функцию кости в месте повреждения.
Ученые из Йенского университета имени Фридриха Шиллера в сотрудничестве с коллегами из Вюрцбургского университета разработали материал для замены костей на основе фосфата кальция и цемента, армированного углеродными волокнами.
Волокна повышают устойчивость к повреждениям, а также обеспечивают самовосстановление — трещины в материале затягиваются самостоятельно. Благодаря этому важному качеству, имплантаты, изготовленные из нового материала, не нуждаются в ремонте или замене, что требует обычно инвазивного вмешательства.
Кальций-фосфатный цемент уже давно используется в медицине и хорошо себя зарекомендовал. Материал стимулирует формирование костей и обеспечивает врастание кровеносных сосудов. К тому же его можно вводить в организм в виде пасты при минимально инвазивной процедуре — пластичность позволяет ему тесно связываться со структурой кости.
«Однако из-за высокой хрупкости в материале образуются трещины, когда он подвергается чрезмерной нагрузке. Эти трещины могут быстро расширяться, дестабилизировать имплантат и в конечном итоге — разрушать его, — приводятся в пресс-релизе Йенского университета слова руководителя исследования, профессора Фрэнка Мюллера (Frank A. Müller). — По этой причине кальций-фосфатный цемент до сих пор использовался в основном на костях, которые не играют несущей роли в скелете, например, в области лица и челюстей».
Авторы разработали цемент, в котором трещины «зарастают» сами. Новшество заключается в применении углеродных волокон.
«Во-первых, эти волокна значительно увеличивают устойчивость цемента к повреждениям, потому что они связывают края трещин по мере их образования и таким образом препятствуют дальнейшему раскрытию, — объясняет Мюллер. — Во-вторых, мы химически активировали поверхность волокон. Это означает, что как только открытые волокна соприкасаются с жидкостью организма, которая собирается в полостях, образованных трещинами, начинается процесс минерализации. Получающийся в результате апатит — фундаментальный строительный блок костной ткани — снова закрывает трещину».
Результаты экспериментов подтвердили способность нового материала выдерживать высокие нагрузки и самовосстанавливаться. Авторы уверены, что созданный ими цемент получит широкое применение в производстве костных имплантатов, в том числе для замены несущих элементов скелета.
