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 В Университете МИСИС усовершенствовали технологию нанесения защитных электропроводящих покрытий на медные изделия, широко используемые в качестве элементов скользящих электроконтактов, например, в токосъемниках. Метод увеличивает прочность соединения покрытий с подложкой на 17%.
Ученые нашли признак, который позволяет точно оценить пластичность органических кристаллов, востребованных в устройствах гибкой электроники и робототехнике. Ранее считалось, что хорошо гнутся материалы со слоистой структурой, где молекулы внутри слоя связаны крепко, а между слоями — слабо. Оказалось, что этих требований недостаточно и важно учитывать также энергию, которую нужно затратить на то, чтобы сдвинуть слои друг относительно друга — чем она ниже, тем материал более гибкий. Открытие упростит проектирование и создание органических кристаллов с заданными свойствами.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
В корпорациях, спорте и учебе люди часто сталкиваются с задачами, с которыми не справиться в одиночку. В таких случаях важную роль играет правильный подбор команды. Доцент факультета экономических наук НИУ ВШЭ Татьяна Майская вместе с коллегами из зарубежных университетов исследовала свойства команд и показала, что однородные команды лучше подходят для задач, где важен высокий средний результат, а разнообразные по составу — там, где критично избежать провала.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
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