Российские ученые синтезировали керамические материалы для костных имплантатов на основе фосфатов кальция, включающих ионы гадолиния. Полученные материалы показали хорошую биосовместимость, отсутствие токсичности, способность стимулировать процессы регенерации костной ткани и подавлять рост болезнетворных микроорганизмов. Статья опубликована в журнале Nanomaterials.
По данным Всемирной организации здравоохранения, около 1,71 млрд человек в мире страдает от нарушений и болезней костно-мышечной системы. В связи с этим возрастает спрос на синтетические заменители костей, которые обладают физическими свойствами, близкими к тканям человека, и способностью сопротивляться механическим нагрузкам. За основу синтетических костных имплантатов обычно берут соединения фосфата кальция, аналогичные тем, которые есть в организме человека. Легирование фосфата кальция катионами металлов придает материалу дополнительные полезные свойства. Катионы редкоземельного элемента гадолиния (Gd3+) часто используются в синтетических материалах на основе керамики, особенно в качестве покрытий. Их преимущества в том, что они химически стабильны, а также могут увеличивать биодоступность наночастиц в составе покрытия и снижают токсичность препаратов.
Коллектив ученых из России, Италии и Румынии исследовал, как изменяются свойства керамических нанокомпозитов в зависимости от способа синтеза. Сначала авторы изготовили материал из фосфата кальция, в который в процессе синтеза ввели ионы гадолиния. Для этого они использовали два метода: компоненты осаждали из водных растворов солей или проводили реакцию под воздействием механической нагрузки (механоактивацию). Затем с помощью сканирующей электронной микроскопии ученые исследовали изменение физико-химических, биологических и антибактериальных свойств материалов.
Оказалось, что в зависимости от способа синтеза керамика приобретала различную микроструктуру. В первом случае размер зерен, из которых состоит материал, составил 1–50 мкм, размер пор — 1–10 мкм, а прочность на изгиб — около 30 МПа. Во втором случае — размер зерна керамики составлял 0,4–1,4 мкм, размер пор — 2 мкм, а прочность на изгиб — около 39 МПа. Керамика, полученная методом механохимической активации, имела более однородную микроструктуру, что говорит о лучшей прочности материала, так как неоднородность материала связана с более высокой вероятностью появления дефектов.
Ученые также протестировали антимикробную активность керамик по отношению к четырем бактериям и одному грибку. Оба материала замедлили рост микроорганизмов на 30%. Чтобы проанализировать жизнеспособность клеток человека на поверхности керамических материалов, ученые использовали стволовые клетки пульпы зуба. Исследования доказали отсутствие токсических эффектов для всех приготовленных керамических материалов.
«Эксперименты in vitro подтвердили, что образцы, легированные гадолинием, независимо от способа синтеза демонстрируют хорошую биосовместимость, необходимую для керамических имплантатов, и в то же время проявляют антимикробные свойства», — рассказывает соавтор исследования Инна Фадеева, ведущий научный сотрудник Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
