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 Исследователи из МИЭМ ВШЭ и ИПКОН РАН разработали новую математическую модель мониторинга, которая позволяет фиксировать источник опасных подземных вибраций в реальном времени. Технология поможет снизить риск повреждения зданий, дорог и другой инфраструктуры рядом с карьерами и шахтами.
До недавних пор обмеление Каспия после 1991 года списывали на глобальное потепление. Авторы новой научной работы опровергли эту гипотезу: 63 процента падения уровня приходится на некий неизвестный фактор. Причем попытки выяснить его природу вряд ли можно назвать успешными.
На севере Австралии живет паук с весьма необычными охотничьими повадками. Он возводит «конструкцию», которая работает как древнее метательное оружие. Добыча взлетает над землей, а потом запутывается в паучьей сети. Такая тактика охоты, по-видимому, применяется лишь по отношению к конкретному виду муравьев.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
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