bone
Кредит: CC0 Public Domain

Ученые-материаловеды из Университета Йены разработали заменитель кости на основе фосфата кальция и цемента, армированного углеродными волокнами. Волокна повышают устойчивость к повреждениям и обеспечивают восстановление трещин в материале.

Тело способно лечить множество травм и ран самостоятельно. Способности к самовосстановлению восстанавливают ссадины на коже и позволяют костям сплетаться. Однако врачам часто приходится протягивать руку помощи для восстановления костей после перелома или из-за дефекта. Все чаще используются материалы для замены костей, которые частично или полностью восстанавливают форму и функцию кости в месте повреждения. Чтобы такие имплантаты не подлежали замене или ремонту в результате обширных операций в случае повреждения, они должны сами обладать способностями к самовосстановлению. Ученые, работающие в Университете имени Фридриха Шиллера в Йене, в настоящее время разработали материал для замены кости, который сводит к минимуму степень повреждения и в то же время восстанавливает сам себя. Они сообщают о своих исследованиях в известном исследовательском журнале Scientific Reports.

Малоинвазивное использование кальцийфосфатного цемента

Эксперты из Йены, которые сотрудничали с коллегами из Вюрцбургского университета, сосредоточились на том, что называется кальцийфосфатным цементом — заменителем кости, который уже широко используется в медицине. С одной стороны, материал стимулирует формирование костей и увеличивает врастание кровеносных сосудов. С другой стороны, его можно вводить в организм в виде пасты в минимально инвазивной процедуре. Там его пластичность позволяет ему тесно связываться со структурой кости.

«Однако из-за высокой степени хрупкости в материале образуются трещины, когда он подвергается чрезмерной нагрузке. Эти трещины могут быстро расширять, дестабилизировать имплантат и в конечном итоге разрушать его — подобно бетону на зданиях», — объясняет профессор Фрэнк А. Мюллер из Йенского университета. «По этой причине кальцийфосфатный цемент до сих пор в основном использовался на костях, которые не играют несущей роли в скелете, например, в области рта и челюсти».


Самовосстанавливающийся костный цемент
Проф. Д-р Фрэнк А. Мюллер, заведующий кафедрой коллоидов, поверхностей и интерфейсов в Институте материаловедения им. Отто-Шотта (OSIM) Университета им. Фридриха Шиллера в Йене. Предоставлено: Anne Günther/FSU.

Преодоление и заполнение трещин

Исследователи материалов в Йене в настоящее время разработали кальций-фосфатный цемент, в котором трещины не приводят к катастрофическим повреждениям. Вместо этого сам материал запечатывает их. Это достигается путем добавления углеродных волокон к материалу.

«Во-первых, эти волокна значительно повышают устойчивость цемента к повреждениям, поскольку они образуют трещины по мере их образования и, таким образом, препятствуют их дальнейшему раскрытию», — объясняет Мюллер. «Во-вторых, мы химически активировали поверхность волокон. Это означает, что как только открытые волокна сталкиваются с жидкостью организма, которая собирается в отверстиях, образованных трещинами, начинается процесс минерализации. Получающийся в результате апатит — фундаментальный строительный блок костной ткани — затем снова закрывает трещину. «

Ученые из Йены симулировали этот процесс в своих экспериментах, преднамеренно повреждая цемент фосфата кальция и исцеляя его в моделируемой жидкости организма. Эта внутренняя способность к самовосстановлению, а также большая несущая способность, связанная с армированием волокон, могут значительно расширить области, в которых могут использоваться костные имплантаты, изготовленные из кальций-фосфатного цемента, что может также включать несущие участки скелета в будущее.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *