Регистрация / Вход
Прислать материал

Пористые керамические матриксы на основе дикальцийфосфата дигидрата для инженерии костной ткани

ФИО: Смирнов И.В.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Институт: Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Инженерия костной ткани была разработана по аналогии с процессом биоминерализации и основной целью ее является достижение максимального соответствия свойств новообразующейся костной ткани свойствам исходной восстанавливаемой ткани. Предполагается, что организм способен сам восстановить повреждение, при условии размещения в месте дефекта матрикса (каркаса или носителя) необходимой архитектуры, изготовленного из биологически совместимого с организмом материала.

Материал матрикса должен способствовать эффективному прикреплению (адгезии) к его поверхности клеток требуемых типов, не проявляя при этом токсичности и иммуногенности. Он должен обеспечивать механическую прочность и устойчивость формы, размеров и внутренней структуры конструкции, достаточных для ее имплантации. Необходимым условием является высокая (от 50 до 90 %, в зависимости от области локализации и функциональных свойств) пористость матрикса с контролируемой взаимосвязанностью пор размерами 100 – 800 мкм для обеспечения направленного роста клеток внутрь его объема и поддержания их жизнедеятельности. Скорость резорбции матрикса должна коррелировать со скоростью формирования костной ткани. Матрикс должен быть легко стерилизуем для исключения внесения и распространения инфекций. При этом, в идеале, по своей форме, составу, структуре и свойствам такой матрикс должен быть максимально приближен к неорганической составляющей естественной костной ткани.

Многие материалы уже были опробованы для изготовления матриксов. Спектр изучаемых в этом аспекте биоматериалов с каждым годом только расширяется. На наш взгляд одним из перспективных материалов является дикальцийфосфат дигидрат (ДКФД). Данная работа посвящена разработке принципов формирования микроструктуры пористых керамических материалов на основе ДКФД, обеспечивающих высокую биологическую эффективность при имплантации.

Исходным материалом являются гранулы α-трикальцийфосфата (ТКФ), которые были получены методом диспергирования суспензии, состоящей из порошка и желатина, в вязкую диспергирующую среду.

Применение свободных укладок гранул в качестве матриксов связано с опасностью их переноса потоками жидкостей организма из места костного дефекта. Перспективным представляется использование объемных керамических материалов. Взаимопроникающие поры такой керамики должны иметь размер не менее 100–135 мкм, чтобы обеспечивать доступ крови к контактным поверхностям, неовасукляризацию, прорастание и фиксацию костной ткани. Поры меньшего размера также необходимы, поскольку они способствуют адсорбции протеинов. Таким образом, желательно, чтобы пористая керамика имела бимодальное распределение пор по размерам (крупные и тонкие поры).

Разработан способ получения пористой керамики на основе ДКФД, содержащей тонкие и крупные взаимопроникающие поры в количестве до 70 об. %, основанный на химическом склеивании и трансформации свободной укладки гранул ТКФ в объеме, сформированном по технологии 3Д печати. Изучены структурные превращения при химической трансформации полученной керамика на основе ТКФ в ДКФД. Данный способ обеспечивает возможность получения бифазных керамических материалов на основе ТКФ/ДКФД в широких пределах (рис. 1). Полученные результаты оригинальны, являются основой для патентования составов биокерамики и ее технологии.