Пермские ученые создали материал для регенерации костной ткани
У 50% женщин и 20% мужчин старше 50 лет в будущем с большой вероятностью произойдет перелом костей. К этой «тихой эпидемии» остеопороза добавляются тяжелые травмы от автокатастроф, спортивные повреждения, последствия хирургического удаления опухолей. Когда организм уже не способен восстановиться самостоятельно, нужен совершенный имплантат: он должен быстро растворяться, активно помогать заживлению и при этом быть экономически доступным. Ученые Пермского Политеха разработали методику получения пористого материала на основе фосфатов магния. На сегодняшний день разработка не имеет аналогов в России. Он может служить каркасом для новой кости и работать как долговременный контейнер для лекарств. Это повысит эффективность лечения и качество жизни пациентов, позволит быстро и физиологично восстановить сломанную кость.
Ежегодно миллионы людей обращаются в больницы с проблемой, которую организм решить не в силах: восстановить утраченный фрагмент кости. Так, более 500 миллионов человек страдают от остеопороза — системного заболевания, делающего кости хрупкими, что ежегодно приводит к 37 миллионам переломов среди людей старше 55 лет (это 70 травм в минуту). К волне возрастных переломов добавляются сложные повреждения в результате аварий, спортивных травм и операций по удалению опухолей.
Для лечения таких обширных повреждений, когда кость не может срастись сама, хирурги используют специальные материалы в качестве временного каркаса. Долгое время «золотым стандартом» для этого были имплантаты на основе фосфатов кальция. Однако они рассасываются в организме крайне медленно: процесс может занимать годы, за это время материал рискует не помочь, а механически помешать росту новой кости. Кроме того, даже постепенно разрушаясь, он остается биологически пассивным. Высвобождающимся ионам кальция для включения в новую костную ткань требуется долгая и сложная переработка организмом. Классический материал выполняет лишь роль механической опоры, но не активного участника заживления.
Альтернатива — фосфаты магния. Они растворяются с оптимальной скоростью, вовремя освобождают место для новой ткани. Ионы магния остаются в зоне повреждения и запускают процесс заживления, дают организму сигнал усиленно строить новую кость и сосуды в нужном месте.
В пористую структуру такого материала можно «встроить» антибактериальный компонент для борьбы с инфекцией или специальное вещество, ускоряющее восстановление. Растворяясь с заданной скоростью, имплантат будет месяцами высвобождать лекарство в зону перелома или операционной раны. Это позволит точечно лечить, резко повысит эффективность терапии и поможет избежать побочных эффектов от обычных таблеток или уколов.
Несмотря на многообещающие свойства магниевых соединений для восстановления костей, в России такие имплантаты пока не производят. Это новое направление, поэтому технологии изготовления таких материалов сейчас только начинают активно исследоваться.
Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали методику получения этого высокопористого материала для костных имплантов. Для этого они особым способом синтезировали струвит. Статья опубликована в журнале «Химическая безопасность». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Это минерал, выглядящий как бесцветные, белые или желтоватые стекловидные кристаллы, часто в форме прямоугольных призм с скошенными гранями. Образуется в щелочной среде при наличии ионов магния, фосфора и соединений азота. В природе его можно найти там, где происходит разложение органики, например, в остатках растений или животных, а также в продуктах их естественного распада.
Специалисты выбрали именно это соединение, так как в нем уже содержатся необходимые для кости магний и фосфор, а также вода и аммиак. При нагревании вода и аммиак испарятся наружу, оставив множество пустот внутри. Так получается не просто порошок, а высокопористый материал на основе фосфата магния — это готовая основа для будущего имплантата.
Но далеко не каждый струвит способен на такую трансформацию. Обычно его создают плотным, поэтому получается материал, который нельзя использовать в качестве биосовместимого имплантата, так как для этих целей нужен активный пористый каркас, в который смогут прорастать клетки и сосуды.
Поэтому исследователи сравнили традиционный и разработанный уникальный способ синтеза. Термически обработали оба варианта. Оказалось, что высокопористый материал, пригодный для использования именно в медицинских целях, получается только из струвита, синтезированного по уникальной методике пермских ученых.
Его внутренняя поверхность составляет 266 квадратных метров на грамм — это значит, что если мысленно развернуть все внутренние стенки пор всего одного грамма этого порошка, они покроют площадь, равную теннисному корту. При этом материал очень «вместительный»: объем его пор достигает 0,343 кубического сантиметра на грамм, а сами поры невероятно малы — их радиус всего 2,6 нанометра. Такое сочетание огромной площади, большого объема и сверхмалых пор открывает сразу два важнейших применения в медицине.
— Во-первых, большая площадь поверхности станет идеальным каркасом для клеток. Это даст им в тысячи раз больше точек для закрепления и значительно ускорит срастание имплантата с костью пациента. Во-вторых, развитая пористая структура позволит использовать материал как умный контейнер. Его можно заранее заполнить анибактериальным препаратом для долгосрочной защиты от инфекции или фактором роста для стимуляции заживления. Растворяясь в организме, такой имплантат будет месяцами высвобождать лекарство прямо в зону перелома. Это поможет избавиться от побочных эффектов обычных таблеток или уколов, — отмечает Ирина Пермякова, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха открывает путь к созданию в России нового поколения «умных» медицинских имплантатов. Разработанная технология позволяет получать высокопористый материал на основе фосфатов магния с огромной внутренней поверхностью.
Он сможет одновременно служить биосовместимым каркасом для интеграции с костью и резервуаром для продолжительной доставки лекарств. Это позволит будущим имплантатам не просто замещать утраченную ткань, а активно управлять восстановлением. Такой подход значительно повысит эффективность лечения сложных переломов, остеопороза и последствий хирургических вмешательств.
Telegram 
Дзен 
VK Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Разработчики из РТУ МИРЭА создали программный модуль, который на основе параметров технологического процесса, органолептических показателей качества сырья, а также его физико-химических и реологических характеристик прогнозирует итоговую оценку вкуса кондитерских изделий. В качестве входных данных используются температура, давление, расход технологических потоков, скорость работы оборудования и перемещения продукта, влажность, кислотность, содержание сухих веществ, вязкость, консистенция и другие параметры, поступающие от производственных датчиков и средств лабораторного контроля. Сегодня оценка вкуса на производстве часто проводится субъективно, с привлечением экспертов-дегустаторов, что требует времени и не позволяет оперативно корректировать технологический процесс. Разработанная программа, использующая многослойную нейронную сеть, позволяет рассчитывать прогнозную оценку вкуса непосредственно в ходе производства и своевременно формировать рекомендации по корректировке технологических и режимных параметров.
17 сентября, в день рождения Константина Циолковского, отмечается Всероссийский день физики. Исследования ученого, посвященные теоретическим основам космонавтики, стали фундаментом для последующего развития ракетной техники. Сегодня похожий путь проходят квантовые технологии: фундаментальные исследования квантовых явлений постепенно превращаются в инженерные решения — от сверхпроводниковых кубитов и квантовых сенсоров до вычислительных систем и новых материалов. О том, какие прикладные задачи уже решаются с помощью квантовых технологий, рассказывает доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой теоретической физики и квантовых технологий Сергей Мухин.
Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Тренды здорового питания постоянно меняются, в том числе на основе научных исследований. Когда-то публика панически боялась жиров, но их реабилитировали. Гарвардская пирамида здорового питания рисовала сложные углеводы в основании пирамиды, а теперь они переместились к вершине. Возможно, и современную моду на приоритет белка придется пересмотреть.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно