Пермские ученые разработали «умный» материал для регенерации костной ткани

Проблема: когда кость не восстанавливается сама

По данным Всемирной организации здравоохранения, более 500 млн человек в мире страдают остеопорозом. Среди людей старше 55 лет это приводит примерно к 37 млн переломов ежегодно — в среднем 70 травм в минуту. К возрастным переломам добавляются тяжелые повреждения после ДТП, спортивных травм и хирургического удаления опухолей.

В случаях, когда организм не способен самостоятельно восстановить утраченный фрагмент кости, хирурги используют временные имплантаты-каркасы. Долгое время «золотым стандартом» считались материалы на основе фосфатов кальция, однако у них есть принципиальные ограничения.

Почему кальциевые имплантаты устарели

Кальций-фосфатные материалы:

• рассасываются в организме слишком медленно — иногда в течение нескольких лет;
• могут механически мешать росту новой кости;
• остаются биологически пассивными;
• требуют сложной переработки высвобождающихся ионов кальция, прежде чем они включаются в костную ткань.

Фактически такие имплантаты выполняют лишь роль опоры, не участвуя активно в процессе регенерации.

Магний как биологически активная альтернатива

Перспективной заменой являются фосфаты магния. В отличие от кальциевых аналогов, они:

• растворяются с оптимальной для заживления скоростью;
• высвобождают ионы магния, которые стимулируют рост костной и сосудистой ткани;
• создают благоприятную биохимическую среду в зоне повреждения.

Несмотря на эти преимущества, в России до сих пор не существовало технологий промышленного получения таких материалов для медицины.

Уникальная технология Пермского Политеха

Ученые ПНИПУ впервые в России разработали методику получения высокопористого фосфат-магниевого материала для костных имплантатов. В ее основе — оригинальный способ синтеза минерала струвита.

Струвит содержит магний и фосфор, а также воду и аммиак. При термической обработке летучие компоненты испаряются, формируя внутри материала развитую систему пор. Однако ключевым оказалось то, что:

высокопористая структура образуется только при синтезе струвита по оригинальной методике пермских ученых — стандартные способы дают плотный, непригодный для медицины материал.

Рекордные параметры пористости

Полученный материал обладает уникальными характеристиками:

• удельная поверхность — 266 м²/г (эквивалент площади теннисного корта в одном грамме вещества);
• объем пор — 0,343 см³/г;
• радиус пор — около 2,6 нм.

Такое сочетание параметров открывает сразу два ключевых медицинских применения.

Каркас для кости и контейнер для лекарств

По словам Ирины Пермяковой, доцента кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, разработанный материал может выполнять двойную функцию:

«Большая площадь поверхности делает его идеальным каркасом для прикрепления клеток, ускоряя срастание имплантата с костью. А развитая пористость позволяет использовать его как “умный контейнер” для антибиотиков или факторов роста».

Имплантат можно заранее насытить лекарственным препаратом. По мере растворения он будет месяцами высвобождать активное вещество непосредственно в зоне повреждения, снижая риск инфекции и устраняя побочные эффекты системной терапии.

Шаг к новому поколению имплантатов

Исследование, опубликованное в журнале «Химическая безопасность» и выполненное в рамках программы «Приоритет-2030», открывает путь к созданию в России биосовместимых, активных и экономически доступных костных имплантатов.

Такие материалы смогут не просто замещать утраченную ткань, а управлять процессом регенерации, повышая эффективность лечения сложных переломов, остеопороза и последствий онкологических операций.