Омские учёные создают биоразлагаемые конструкции для сращивания костей

На физическом факультете Омского государственного университета им. Ф. М. Достоевского ведутся уникальные исследования, которые в перспективе могут изменить подход к лечению переломов в травматологии и ортопедии. Учёные работают над решением одной из ключевых проблем в этой области — управлением скоростью коррозии магния для создания биоразлагаемых хирургических имплантатов. Разработка позволит избежать повторных операций по извлечению конструкций после сращивания костей.

В марте 2025 года проект доцента кафедры общей и экспериментальной физики, кандидата физико-математических наук Татьяны Пановой «Деградация поверхностных слоёв магния и его сплавов в жидких средах после модификации мощным ионным пучком наносекундной длительности» получил поддержку Российского научного фонда и регионального министерства науки.

В чём заключается проблема?

Магний является не только полезным микроэлементом, но и перспективным материалом для медицины. Из него можно изготавливать имплантаты: спицы, пластины и другие конструкции, необходимые для фиксации сломанных костей. Однако у «идеального» материала есть серьёзный недостаток.

«Проблема в том, что внутри человеческого организма магний, вступая в реакцию с физиологическими жидкостями, очень быстро корродирует и разлагается. Контролировать этот процесс практически невозможно. Может получиться так, что кости ещё не срослись, а спица уже разложилась, и тогда потребуется повторная операция», — объясняет Татьяна Панова.

Уникальное преимущество 

Несмотря на высокую скорость коррозии, главное преимущество магния — его биоразлагаемость. После того как кость срастётся, имплантат не нужно будет удалять хирургическим путём — он естественным образом растворится в организме. Это свойство особенно ценно в детской травматологии, где повторные операции крайне нежелательны из-за активного роста скелета.

Задача омских исследователей — не остановить коррозию, а взять её под контроль. «Наша задача состоит в том, чтобы с помощью модифицирования поверхности магния ионами углерода замедлить её разложение», — говорит Панова.

Как будет работать «умный» имплантат?

Учёные планируют создать конструкцию с заданными свойствами. Верхний, модифицированный слой будет разлагаться медленно, выполняя роль защитного барьера на ключевом этапе заживления. При этом более глубокие слои металла сохранят высокую скорость растворения. Таким образом, за время разложения защитного слоя кости успеют надёжно срастись, после чего имплантат быстро и безопасно рассосётся, не требуя вмешательства хирургов.

Эффект замедления коррозии магния после обработки мощным ионным пучком учёные наблюдали ранее в ходе экспериментов по хранению металла в атмосфере. Новый проект развивает эти наработки.

«Мы уже провели сравнительное исследование коррозии магния в среде стандартного физиологического раствора. Мы установили замедление коррозии на образцах, облученных мощным ионным пучком. Сейчас мы приближаемся к области насыщения коррозии и детально изучаем причину этого замедления, процессы на поверхности и образование продуктов коррозии», — рассказывает Татьяна Панова.

Для исследований используются современные аналитические методы: рентгеноструктурный анализ, электронная и атомно-силовая микроскопия. Часть оборудования задействована в Центре коллективного пользования Омского научного центра СО РАН, а ключевой инструмент — ускоритель ионов «Темп» — находится на физическом факультете ОмГУ.

Работа малой научной группы, в которую входят два преподавателя и два магистранта, рассчитана на два года. После успешных лабораторных испытаний разработке предстоит длительная апробация на биологических объектах, и только затем она сможет войти в арсенал практической медицины, чтобы помочь пациентам с переломами избежать повторных операций.

Фото: Варвара Краснова