Группа исследователей из Департамента ортопедии и травматологии Медицинского факультета ЛКС при Гонконгском университете (HKUMed) успешно разработала новый эластичный материал на основе фосфата кальция, который имитирует структуру человеческой кости.
Материал, получивший название «нанокостный цемент», представляет собой многообещающую альтернативу традиционным костным трансплантатам в ортопедической хирургии.
Традиционные методы предполагают забор ткани у пациента или донора. Экспериментальные результаты показывают, что инновационный костный материал обеспечивает надёжную механическую поддержку и ускоряет заживление в случаях дефектов костей.
Команда планирует применить эту технологию для восстановления крупных сегментарных дефектов костей, что потенциально ускорит выздоровление пациентов и позволит достичь оптимальных результатов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Профессор Кельвин Йенг Вай-квок, руководитель проекта, отметил, что лечение крупных сегментарных дефектов костей обычно требует костной трансплантации, которая часто включает использование аутотрансплантатов (из собственной кости пациента) или аллотрансплантатов (донорской кости). Последние редки и связаны со значительными рисками. Аутотрансплантаты могут привести к осложнениям и коллапсу на месте донора, а аллотрансплантаты — к риску инфекции и иммунного отторжения.
Традиционные материалы на основе фосфата кальция
Традиционные материалы на основе фосфата кальция формируются путём смешивания порошков, содержащих кальций и фосфор, с жидким раствором, в результате чего образуется затвердевшее твёрдое вещество в результате самопроизвольной реакции.
Доктор Ву Цзюнь из Ортопедического медицинского центра при Университете Гонконга в больнице Шэньчжэнь пояснил: «Этот материал по составу близок к натуральной кости, обеспечивая отличную безопасность и биосовместимость. Более того, ему можно придать любую форму до затвердевания, что делает его одним из наиболее перспективных вариантов для восстановления костей».
Хотя традиционные искусственные костные материалы на основе фосфата кальция обеспечивают жёсткость, их прочность на сжатие уступает прочности кортикальной кости человека. Отсутствие эластичности делает их склонными к разрушению при клиническом использовании, и они с трудом адаптируются к незначительным деформациям во время повседневной деятельности, что может привести к структурному коллапсу и неудаче лечения.
Преодоление недостатков существующих материалов
Чтобы устранить недостатки существующих материалов на основе фосфата кальция, исследовательская группа использовала технологию закрепления нанокластеров и успешно интегрировала механические свойства органических гибких материалов и неорганических жёстких материалов.
Этот прорыв привёл к созданию нового «наноискусственного костного материала» (цемент на основе фосфата кальция (CPC)), который обладает исключительной эластичностью, прочностью и жёсткостью.
Профессор Йенг заявил: «Наша цель — имитировать структуру натуральной кости, и этот инновационный наноматериал близок к ней. Его механические свойства ближе к свойствам натуральной кости, что повышает комфорт и мобильность пациентов. Ему можно придать любую форму до стадии затвердевания, что делает его особенно подходящим для восстановления дефектов костей неправильной формы или сложных».
Используя способность материала расширяться в объёме после поглощения воды, команда разработала новый тип эластичной микросферы, способной автоматически заполнять дефекты костей. Это нововведение упрощает хирургические процедуры и повышает эффективность лечения.
Профессор Вонг Так-ман, клинический профессор Департамента ортопедии и травматологии, считает, что эта инновация значительно упростит хирургические процедуры и сократит общее время операции. Материал демонстрирует исключительную прочность, жёсткость и превосходные биосовместимые свойства.
«Помимо заполнения дефектов в сложных ортопедических операциях, он может обеспечить стабильность и способствовать заживлению костей. Он предлагает более гибкое, безопасное и эффективное решение для ортопедической и реконструктивной хирургии. И наконец, мы можем расширить его применение в нейрохирургии и стоматологии в ближайшем будущем», — добавил профессор Йенг.
Предоставлено
[The University of Hong Kong](https://phys.org/partners/the-university-of-hong-kong/)