Нано-костный материал демонстрирует высокую эластичность и прочность для ускорения операции и заживления
Исследовательская группа из Департамента ортопедии и травматологии Медицинского факультета LKS Гонконгского университета (HKUMed) успешно разработала новый эластичный материал на основе фосфата кальция, имитирующий структуру человеческой кости.
Материал, названный «нано-костный цемент», предлагает перспективную альтернативу традиционным костным трансплантатам в ортопедических операциях, которые обычно полагаются на забор ткани у пациента или донора. Исследования и экспериментальные результаты показывают, что этот инновационный костный материал обеспечивает надежную механическую поддержку и ускоряет заживление при дефектах кости.
Команда планирует применить эту технологию для восстановления крупных сегментарных дефектов кости, что потенциально ускорит восстановление пациентов и улучшит результаты. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Текущие проблемы в хирургии крупных сегментарных дефектов кости
Профессор Кельвин Йенг Вай-квок, профессор ортопедической биоинженерии Нг Чун-мана, руководитель проекта, объяснил, что лечение крупных сегментарных дефектов кости обычно требует костной пластики, которая часто включает аутографты (из собственной кости пациента) или аллографты (донорская кость). Эти методы имеют недостатки: аутографты могут привести к осложнениям в месте забора, а аллографты несут риск инфекции и иммунного отторжения.
Традиционные костные материалы на основе фосфата кальция образуются путем смешивания порошков, содержащих кальций и фосфор, с жидким раствором, в результате чего происходит реакция самоотверждения с образованием твердого тела.
Доктор Ву Цзюнь пояснил: «Этот материал близок по составу к натуральной кости, обладает отличной безопасностью и биосовместимостью. Более того, ему можно придать любую форму до затвердевания, что делает его одним из самых перспективных вариантов для восстановления кости».
Однако традиционные материалы на основе фосфата кальция, обеспечивая жесткость, уступают по прочности на сжатие человеческой кортикальной кости. Их неэластичность делает их склонными к растрескиванию в клиническом использовании, и они плохо адаптируются к незначительным деформациям в повседневной деятельности, что может привести к структурному разрушению и неудаче лечения.
Эти ограничения подчеркивают необходимость разработки эластичных костных материалов для повышения успешности восстановления крупных сегментарных дефектов.
Нано-материал с тройной «высокой производительностью»
Чтобы устранить недостатки существующих материалов, исследовательская группа использовала технологию анкеровки нано-кластеров для успешного объединения механических свойств органических гибких и неорганических жестких материалов. В результате был создан новый «нано-искусственный костный материал» (кальций-фосфатный цемент (CPC)), демонстрирующий исключительную эластичность, вязкость и прочность.
Профессор Йенг заявил: «Наша цель — имитировать структуру натуральной кости, и этот инновационный наноматериал очень на нее похож. Его механические свойства ближе к свойствам натуральной кости, что повышает комфорт и подвижность пациента. Ему можно придать любую форму до стадии затвердевания, что особенно подходит для восстановления дефектов сложной формы».
Используя способность материала расширяться в объеме после поглощения воды, команда разработала новый тип эластичных микросфер, способных автоматически заполнять костные дефекты. Это упрощает хирургические процедуры и повышает эффективность лечения.
«Новый наноматериал сохраняет максимальную прочность на сжатие после поглощения воды и демонстрирует отличную эластичность — свойство, отсутствующее у текущих костных материалов. Он образует пористую структуру, которая способствует адгезии клеток и интеграции с материалом, поддерживая регенерацию костной ткани», — добавил профессор Йенг.
Профессор Вонг Так-ман считает, что это прорывное нововведение принесет множественные преимущества для ортопедического лечения. Он сказал: «Новая технология значительно упрощает хирургические процедуры и сокращает общее время операции. Материал демонстрирует исключительную прочность, вязкость и превосходные биосовместимые свойства.
«Помимо заполнения дефектов в сложных ортопедических операциях, он может обеспечивать стабильность и способствовать заживлению кости. Он предлагает более гибкое, безопасное и эффективное решение для ортопедической и реконструктивной хирургии. В ближайшем будущем мы сможем расширить его применение в нейрохирургии и стоматологии».