Аналитические инструменты на основе магнитного резонанса, которые позволят контролировать качество биосовместимых композитов для изготовления костных протезов, способных стимулировать естественный рост живых тканей и восстановление поврежденных частей тела, разработали специалисты Института физики Казанского федерального университета (КФУ), 18 марта сообщает пресс-служба вуза.

Директор Института физики КФУ Марат Гафуров рассказал, что перспективными для регенеративной медицины в настоящее время считаются композиционные материалы на основе биоразлагаемых (биорезорбируемых) полимеров и фосфатов кальция:

«Сочетание свойств полимеров (пластичность, гидрофильность, растворимость, набухаемость) и фосфатов кальция (кровеостанавливающие и антибактериальные) позволяют создавать методами 3D и 4D-печати изделия, обладающие необходимыми биологическими и механическими характеристиками».

Кроме того, если синтезировать пористые композиты, то их дополнительно можно пропитывать лекарственными препаратами. Такие материалы позволят значительно сократить сроки восстановления костной ткани и времени, необходимого для реабилитации пациентов после травмы и операции мягких и костных тканей.

Физику живых систем, по словам Марата Гафурова, Институт физики КФУ сделал направлением, активно развиваемым в содружестве с рядом российских и зарубежных научных организаций.

«Сотрудники нескольких кафедр, в первую очередь кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии, кафедры физики молекулярных систем и кафедры медицинской физики, а также научно-исследовательских лабораторий нашего института в рамках программы „Приоритет–2030“ (направление „Цифровая геномика материалов“) и других программ занимаются расчетами, синтезом и изучением новых материалов для медицины», — сообщил Гафуров.

Результаты одного из исследований, совместно проведенного с российскими и зарубежными учеными, были представлены в статье «Аналитические инструменты на основе магнитного резонанса для изучения композитов поливинилпирролидон-гидроксиапатит», недавно опубликованной в журнале Polymers.

В своем исследовании ученые доказали эффективность методов магнитного резонанса для изучения органоминеральной керамики гидроксиапатита (композиты на основе полимера поливинилпирролидона и фосфата кальция).

«Мы также установили, — уточнил Гафуров, — что эти методы могут быть использованы для контроля качества этих композитов и разработки инструментов, которые позволят отслеживать процессы обработки образцов, резорбции и деградации».

Перспективность композитного материала на основе поливинилпирролидона и гидроксиапатита для изготовления костных протезов объяснил доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Георгий Мамин:

«Поливинилпирролидон (PVP) — это биосовместимый полимер. Можно из него изготовить имплант, который организм со временем сам разрушит и выведет, то есть не потребуется повторная операция по извлечению импланта. Но если из такого материала изготовить имплант для замены фрагмента кости, то он разрушится быстрее, чем сформируется новая кость. Поэтому PVP смешивают с гидроксиапатитом, одним из главных компонентов костей млекопитающих. Организм, разрушая имплант, сразу получает материал для строительства новой кости».

Ученые уже проводят эксперименты по 3D-печати костных фрагментов из таких материалов, но есть проблемы. Одной из них является необходимость контролировать наличие в составе полимера вредных примесей. Другая проблема — контроль качества соединения PVP с частицами гидроксиапатита.

«Частицы гидроксиапатита трудно разрушить. Электронный парамагнитный резонанс позволяет определить образовался или разрушился композит, что является важным для медико-биологических приложений», — дополнил свои пояснения Мамин.

В своей статье исследователи описали возможность методами магнитного резонанса контролировать состав исходных материалов и конечного композиционного продукта, а также выявлять дефекты в композите полимер-керамика.

В исследованиях возможностей магнитного резонанса приняли участие специалисты 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.