Найден способ повысить прочность искусственной кости

Для лечения дефектов кости в ортопедической практике широко применяются ауто- и аллотрансплантация. Однако возможности аутотрансплантации ограничены сложностью методик и большим риском осложнений, а аллотрансплантации — возможным риском передачи возбудителя трансмиссивных инфекций от донора к реципиенту. Потому в последние годы внимание специалистов, в том числе и в области ортопедии, привлекает использование синтетических материалов для изготовления трансплантатов (полимеры, керамика, стекло и др.).

Что касается дефектов кости, то при трансплантации искусственного каркаса в идеале стимулируется прорастание его новыми костными клетками с последующим ремоделированием. При этом необходимо, чтобы структура искусственного матрикса соответствовала естественной и обеспечивала оптимальное соотношение между ее массой и прочностью.

Группа южнокорейских исследователей из Университета Сун-Чхун-Хьян (Soonchunhyang University), под руководством профессора Ли Бьон Тэк (Lee Byong Taek) создали искусственный каркас, приближенно имитирующий структуру мелких костей, к примеру фаланг пальцев. Результаты исследования опубликованы в журнале «Science and Technology of Advanced Materials»; в соответствии с ними прогрессивная разработка обеспечивает эффективный рост костных клеток, одновременно обладая достаточным запасом прочности.

Для достижения этой цели ученые применили комбинацию из 2 материалов. На внешних поверхностях расположен гидроксиапатит, материал на основе фосфата кальция, который является основой неорганического матрикса естественной кости. Благодаря пористости он обеспечивает достаточное прорастание костных клеток, однако он недостаточно прочен. Прочности конструкции придает диоксид циркония, расположенный в более глубоких слоях.

Предыдущие попытки создания аналогичных композитных структур были неудачными из-за традиционного процесса производства керамики: нагрев до очень высоких температур и неравномерное расширение различных материалов приводили к появлению трещин. Южнокорейские исследователи, нагревая керамику токами сверхвысокой частоты, создали более стабильный матрикс: градиентный слой между гидроксиапатитом и диоксидом циркония уменьшил последствия их неравномерного расширения.

Для оценки конечного взаимодействия с искусственным матриксом исследователи сравнили 2 культуры клеток: выращенную в присутствии керамики и в обычных условиях, определяя генетические маркеры роста. В итоге между этими культурами не обнаружено никаких различий, таким образом, керамика нейтральна для клеточных культур.

Чтобы проверить, как костные клетки заселяют слоистый матрикс, исследователи инкубировали на поверхности материала культуру костных клеток. В течение нескольких дней клетки продолжали расти и делиться, а через неделю покрыли поверхность матрикса и практически заполнили поры в керамической структуре.

По мнению авторов, полученный композитный материал соответствует требованиям, выдвигаемым к искусственным трансплантатам, более полно, чем предыдущие варианты, и открывает широкие перспективы в области ортопедической трансплантологии.

• Jang D.W., Nguyen T.H., Sarkar S.K., Lee B.T. (2012) Microwave sintering and in vitro study of defect-free stable porous multilayered HAp-ZrO₂ artificial bone scaffold. Sci. Technol. Adv. Mater., 13(13): 035009.
• National Institute for Materials Science (2012, July 23) Microwave heating improves artificial bone. ScienceDaily (http://www.sciencedaily.com/releases/2012/07/120723150029.htm).

Ищук Татьяна