Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Балтийского федерального университета им. И. Канта приняли участие в разработке нового биоматериала для восстановления костной ткани, который может существенно изменить подход к установке зубных имплантов и лечению тяжелых костных повреждений. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
В России спрос на зубные импланты за последние четыре года вырос на 81%, и во многих случаях перед их установкой требуется операция по наращиванию кости. Только в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ежегодно проводится более 60 тысяч таких вмешательств. В целом же, с учетом травм, переломов и онкологических операций, восстановление костной ткани необходимо более чем в 1,6 млн хирургических случаев в год.
Традиционно «золотым стандартом» считается пересадка собственной кости пациента, однако этот метод сопряжён с дополнительной операционной травмой, болями и риском осложнений. Искусственные заменители, в свою очередь, могут вызывать воспаление и плохо интегрироваться с тканями. Поэтому исследователи все активнее ищут биосовместимые материалы, которые бы запускали естественную регенерацию кости.
В качестве основы нового композита ученые выбрали коллаген — ключевой строительный белок организма. Вместо привычного коллагена из тканей крупного рогатого скота или свиней, который может вызывать аллергию и несет этические ограничения, исследователи предложили использовать морской коллаген, получаемый из отходов рыбной промышленности — биомассы медуз или кожи судака. Он гипоаллергенен, безопасен и практически не используется в России для костных имплантов, что открывает новое перспективное направление.
Чтобы придать материалу прочность, сравнимую с натуральной костью, коллаген объединили с гидроксиапатитом — минеральной основой костной ткани. Экспериментально было подобрано оптимальное соотношение компонентов: 1 г коллагена на 0,25 г минерала. Такая пропорция сохраняет эластичность, но обеспечивает необходимую механическую устойчивость.
Ключевой этап работы — выбор метода «сшивания» коллагена и гидроксиапатита. Ученые сравнили традиционный глутаровый альдегид и более современную биосовместимую систему EDC/NHS. Анализ показал, что EDC/NHS позволяет сохранить природную структуру коллагена, не разрушая его биологическую активность и не оставляя токсичных следов.
Электронная микроскопия показала, что при использовании EDC/NHS частицы гидроксиапатита распределяются равномерно и имеют средний размер около 8 микрометров — вдвое меньше, чем при классическом методе. Такая микроструктура ближе к архитектуре живой кости и создаёт лучшие условия для приживления импланта.
Испытания на устойчивость к ферментативному разрушению также подтвердили преимущество нового подхода: материал, сшитый EDC/NHS, распадался в десятки раз медленнее. Это означает, что он способен дольше сохранять форму в организме и служить надежным каркасом для роста собственной костной ткани пациента.
По словам младшего научного сотрудника ПНИПУ Ильи Виндокурова, разработка открывает путь к созданию нового поколения биомедицинских материалов — от имплантов для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии до биочернил для 3D-печати индивидуальных костных конструкций сложной формы.
Ранее в России нашли безопасный способ добычи стратегического газа в Арктике.
