В Казанском федеральном университете (КФУ) был предложен новый метод контроля качества биосовместимых композитов, который основан на аналитических инструментах, использующих магнитный резонанс.
Этот метод позволит более эффективно контролировать качество биосовместимых композитов, которые используются при изготовлении костных протезов. Эти композиты способны стимулировать естественный рост живых тканей и способствовать восстановлению поврежденных частей тела.
Разработкой данного метода занимаются специалисты Института физики КФУ. Директор Института, Марат Гафуров, отметил, что в настоящее время композиционные материалы на основе биоразлагаемых полимеров и фосфатов кальция являются перспективными для регенеративной медицины.
Сочетание свойств полимеров и фосфатов кальция позволяет создавать изделия с необходимыми биологическими и механическими характеристиками с использованием методов 3D и 4D-печати.
Кроме того, синтезированные пористые композиты можно пропитывать лекарственными препаратами, что значительно ускоряет процесс восстановления костной ткани и сокращает время реабилитации пациентов после травм и операций.
Институт физики КФУ активно развивает направление физики живых систем при сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями.
Сотрудники нескольких кафедр и научно-исследовательских лабораторий института занимаются расчетами, синтезом и исследованием новых материалов для медицины в рамках различных программ, включая программу „Приоритет–2030“ с направлением „Цифровая геномика материалов“.
Это позволяет создавать инновационные материалы, которые могут быть применены в медицине для улучшения процессов восстановления и реабилитации пациентов.
В статье «Аналитические инструменты на основе магнитного резонанса для изучения композитов поливинилпирролидон-гидроксиапатит», опубликованной в журнале Polymers, приведены результаты исследования, проведенного совместно с российскими и зарубежными учеными.
Ученые в рамках исследования выявили эффективность методов магнитного резонанса для изучения органоминеральной керамики гидроксиапатита, который представляет собой композит на основе полимера поливинилпирролидона и фосфата кальция.
Они отметили, что эти методы могут быть успешно применены для контроля качества композитов и разработки средств мониторинга процессов обработки образцов, их резорбции и деградации.
Доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Георгий Мамин подчеркнул значимость композитного материала на основе поливинилпирролидона и гидроксиапатита для создания костных протезов.
Поливинилпирролидон, будучи биосовместимым полимером, позволяет создать имплант, который организм способен разрушить и вывести без дополнительной операции по его извлечению.
Однако если использовать данный материал для имплантации костного фрагмента, он будет разрушаться быстрее, чем новая кость сможет сформироваться. Для улучшения этого процесса PVP смешивают с гидроксиапатитом - основным компонентом костей млекопитающих.
Таким образом, организм при разрушении импланта получает материал для строительства новой кости. Однако для успешной реализации 3D-печати костных фрагментов из таких материалов возникают определенные проблемы.
Одной из них является необходимость контроля над содержанием вредных примесей в полимере, а другой связана с качеством соединения PVP с частицами гидроксиапатита.
Ученые отмечают, что частицы гидроксиапатита сложно разрушить, и для решения этой проблемы используют электронный парамагнитный резонанс, который позволяет определить состояние композита и выявить дефекты в композите полимер-керамика.
В своей работе исследователи не только обсудили возможности магнитного резонанса для контроля состава и структуры материалов, но и выделили значимость данного метода для медико-биологических приложений.
Ученые из Института металлургии и материаловедения им.А.А.Байкова РАН, Национального политехнического университета Бухареста, Академии румынских ученых, Института структуры материи (Италия) и Первого Московского государственного медицинского университета им.И.М.Сеченова уделили внимание перспективному направлению в области биомедицины, предлагая инновационные подходы к вопросам изготовления костных протезов и материалов для реконструкции тканей.