Использование материалов для замены и восстановления костной ткани началось уже более 2000 лет назад, а исследования в этой области ведутся и по сей день. Основная черта нового тысячелетия - все возрастающий интерес к увеличению качества и продолжительности человеческой жизни. Так XX век ознаменован резким скачком в области биоматериалов для замены и восстановления костной ткани, который связан с использованием гидроксиапатита (ГАП) как костного имплантата. Инновационное применение, специально спроектированных, керамических материалов для лечения больных или поврежденных частей тела открывает дорогу к увеличению периода активной жизни человека. Такую область современного материаловедения именуют биокерамикой. Она охватывает материалы для эндопротезов в травматологии и ортопедии, пломбировочные материалы в стоматологии, имплантаты в челюстно-лицевой хирургии, медико-косметические средства.
Все мы с детства знакомы с персонажами из сказочной повести А. М. Волкова «Волшебник Изумрудного города», в которой Страшила мечтал о мозгах, а Железный Дровосек - о сердце. Были и другие персонажи, которые бы захотели получить своё тело обратно, например Робокоп и профессор Доуэль (рис. 1). Им могли бы помочь современные разработки в области биоматериалов (рис.2).
Биоматериалы – это материалы, призванные заменить поврежденные участки организма, их отдельные органы и ткани (рис. 2). Например, перелом или травма кости ведет к необходимости замены поврежденной области искусственным имплантатом.
Со времени первых попыток использования фосфатов кальция в медицине концепция применения биоматериалов претерпела серьезные изменения. На первый план вышел так называемый регенерационный подход, в рамках которого акцент делается на замещение биоматериала нативной (собственной) растущей костью, материалу отводят роль (активного) источника необходимых для построения костной ткани элементов. Ожидается, что «идеальный имплантат» должен постепенно растворяться в среде организма, выполняя при этом свои опорные функции, а на его месте должна образовываться новая костная ткань. Очевидно, что резорбтивная функция (растворение) биоматериала имеет крайне важное значение для успешной интеграции (внедрения) материала в организм. Скорость регенерации кости зависит от нескольких факторов, таких как пористость, состав, растворимость и присутствие некоторых химических элементов, которые выходят в ходе резорбции (растворения) керамического материала, облегчая регенерацию кости, проводимую специальными клетками, остеобластами. По сравнению с активно-используемым в медицинской практике гидроксиапатитом кальция Ca10(PO4)6(OH)2 (ГАП), перспективным считается материал на основе наноразмерного карбонатсодержащего гидроксиапатита Ca10-xNax(PO4)6-x(СO3)x(OH)2 (КГАП). Он имеет ряд преимуществ: более точно воспроизводит состав костной ткани по сравнению с ГАП и обладает повышенной биорезорбцией и остеоиндукцией. Это означает, что имплантат из нано-КГА (рис. 3,4), постепенно растворяясь, будет замещаться вновь образованной, естественной костью, которая полностью заменит имплантат.
С развитием биоинженерных технологий станет возможным создание костной ткани естественным биологическим путем с использованием стволовых клеток. Например, можно будет создать зубные зачатки, которые будут естественно прорастать после имплантации. Однако по прогнозам, в ближайшие десятилетия, реально доступными будут только биоматериалы искусственного (синтетического) происхождения.
Список использованной литературы:
- E. S. Kovaleva, M. P. Shabanov, V. I. Putlayev, Ya.Yu. Filippov, Yu. D. Tretyakov, V. K. Ivanov. Carbonated hydroxyapatite nanopowders for preparation of bioresorbable materials. Mat.-wiss. u. Werkstofftech, 2008, v.39, No. 11, p.822-829.
- S.I. Stupp et al., MRS Bulletin, 2005, No. 30, p. 864.
