Исследователи из Университета Карлоса III в Мадриде (UC3M), из Instituto de Investigación Sanitaria (Институт медицинских исследований) больницы Gregorio Marañón и Instituto de Cerámica y Vidrio (Институт керамики и стекла) CSIC (испанский Совет по научным исследованиям) работают над проектом, в котором анализируется использование новых армированных соединений гидроксиапатита в качестве заменителей костей.
Гидроксиапатит (ГА) является одним из керамических материалов, наиболее часто используемых для замещения костной ткани в ортопедических и зубных имплантатах. Его химический состав аналогичен неорганической составляющей костной ткани, а механические свойства аналогичны свойствам минеральной кости. Тем не менее, протез из чистого гидроксиапатита ограничен выдержкой легких нагрузок из-за присущей ему хрупкости, поэтому его механические свойства должны быть изменены, если мы хотим, чтобы имплантат мог выдерживать более тяжелые веса.
Часто используемый для этого метод заключается в получении композита гидроксиапатита и биосовместимых оксидов (например, TiO2, Al2 O3, ZrO2 или Y2O3), что позволяет получить более твердый композит с большей прочностью на сжатие и сопротивлением разрушению, чем чистый гидроксиапатит. Однако мы также должны учитывать, что при разработке и оптимизации новых биоматериалов важно установить равный баланс между их механическими и биологическими свойствами. Чтобы убедиться, что новый материал можно применять в качестве биоматериала, потребуется полная структурная и механическая характеристика; анализ его биосовместимости с помощью сначала тестов in vitro, а затем и in vivo также будет абсолютно необходим.
Все эти вопросы рассматриваются в рамках исследования «Физические и биологические характеристики композиционных материалов из гидроксиапатита, армированного Y2O3наночастиц, полученных методом шликерного литья g ». Этот метод заключается в приготовлении водной суспензии укрепляемого материала, в данном случае порошка гидроксиапатита и порошка иттрия, а затем заполнении гипсовой формы желаемой формы и пропускании воды через гипс, чтобы твердая часть раствора остается. «Полученный кусок известен как «зеленый материал» и обычно подвергается процессу спекания, термической обработке, позволяющей укрепить материал», - объясняет профессор Mª Ангустиас Оже из физического факультета UC3M.
Командный проект
Процесс подготовки материала методом шликерного литья был осуществлен в Instituto de Cerámica y Vidrio (Институт керамики и стекла) Высшего совета научных исследований (CSIC - Испанский совет по научным исследованиям). а тесты на биосовместимость с использованием культур клеток in vitro, которые ранее использовались для диагностики крови и амниотической жидкости, проводятся в отделении генетики мадридской больницы общего профиля Грегорио Мараньона. Характеристика материала для различных этапов разработки проекта будет проводиться в Laboratorio de Materiales Nanoestructurados y Multifuncionales (Лаборатория наноструктурированных и многофункциональных материалов) UC3M. «Очень важно охарактеризовать гидроксиапатитовый материал, прежде чем подвергать его процессу культивирования клеток», - объясняет профессор Оже. «Для этого мы измеряем его плотность, пористость и механические свойства, такие как его микротвердость, модуль упругости или сопротивление сжатию, а также его кристаллическую структуру, его микроструктуру, размер и распределение пор и т. д., - продолжает она. Как только клеточная культура будет готова, материал будет проанализирован с использованием оптических микроскопов и электронных микроскопов для проверки и, при необходимости, количественной оценки пролиферации клеток.
Это исследование финансируется за счет средств, полученных в ходе конкурса 2009 года на получение грантов для реализации проектов, способствующих созданию и консолидации исследовательских групп Мадридского университета имени Карлоса III. Группа наноструктурных и многофункциональных материалов в UC3M участвует в этом проекте в рамках программы ESTRUMAT, которая финансируется Департаментом образования автономного сообщества Мадрида для развития научно-исследовательских работ, проводимых группами в регионе. Эта работа также представляет собой интересную возможность для сотрудничества благодаря соглашению, которое недавно было подписано UC3M и Департаментом здравоохранения автономного сообщества Мадрида, что позволяет студентам бакалавриата и магистратуры в области биомедицинской инженерии участвовать в стажировках и развивать направления исследований в Грегорио Мараньон. Госпиталь в Мадриде и госпиталь Хетафе.