Учёные усовершенствовали материал, который применятся для скрепления плохо сросшихся костей. Теперь он стал прочнее и, более того, теперь он может самостоятельно залечивать трещины.
Учёные усовершенствовали материал, который применятся для скрепления плохо сросшихся костей. Теперь он стал прочнее и, более того, теперь он может самостоятельно залечивать трещины.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Scientific Reports группой во главе с Франком Мюллером (Frank Mller) из Йенского университета имени Фридриха Шиллера.
Человеческие кости обладают способностью срастаться после переломов. Но при сложных травмах природной способности к восстановлению может оказаться недостаточно. В таких случаях врачи скрепляют части сломанной кости вяжущим веществом, словно кирпичи - строительным раствором.
Часто для этого используется кальциево-фосфатный цемент (calcium phosphate cement). Он обладает массой достоинств. Будучи по своему химическому составу похож на минеральный компонент скелета, этот материал стимулирует восстановление кости и врастание в неё кровеносных сосудов. Кроме того, его можно вводить в место перелома в виде пасты через небольшой прокол, не делая широкого разреза.
Но у кальциево-фосфатного цемента (КФЦ) есть существенный недостаток: хрупкость.
"Когда материал подвергается чрезмерной нагрузке, в нём образуются трещины. Эти трещины могут быстро расшириться, дестабилизировать имплантат и в конечном итоге разрушить его, как бетон в зданиях", - объясняет Мюллер.
Поэтому медики используют КФЦ только для костей, которые не подвергаются значительной механической нагрузке. Например, этот материал может помочь при переломе челюсти, но его нельзя использовать, если пациент сломал ногу.
Профессор Мюллер (на фото) вместе с коллегами разработал материал, который поможет справиться со сложными переломами.
Фото Anne Gunther/FSU.
Теперь же группа Мюллера разработала улучшенную версию КФЦ. Во-первых, этот материал более прочен. Во-вторых, он самостоятельно залечивает небольшие трещины.
Для этого авторы добавили в состав углеродные волокна. Играя роль арматуры, они мешают материалу трескаться. И даже если трещина образовалась, она не сможет расшириться, не разорвав крайне прочное волокно.
Но это ещё не всё. Учёные химически активировали поверхность волокон, чтобы сделать материал самовосстанавливающимся.
При образовании трещины на углеродное волокно попадают жидкости организма, которых в норме внутри кости быть не должно. Это вызывает химическую реакцию, которая ведёт к образованию апатита - минерального компонента кости. Он заполняет собой трещину.
Если же повреждение так велико, что имплантат не справился "своими силами", ему можно помочь. Для этого нужно впрыснуть в район трещины ионы H2PO4-, которые инициируют формирование апатитовой "заплатки".
Исследовали проверили работоспособность такого подхода в экспериментах, преднамеренно ломая образцы из нового материала. Опыты проводились в среде, которая по химическому составу была похожа на естественные жидкости организма.
Предполагается, что новый материал достаточно надёжен, чтобы использовать его при переломах любых костей.
Конечно, новый подход нуждается в дальнейших проверках. Впереди опыты на животных, после которых можно будет приступать к клиническим испытаниям.
К слову, ранее 33Live.RuRu рассказывали о восстановлении костей с помощью 3D-печатных имплантатов. Писали мы и о том, как лечить переломы без гипса. Также мы сообщали о том, чем при трещинах в кости поможет шёлк, и о том, как соединить разорванные нервы.
