Из патологии в регенерацию. Омские учёные создают биоразлагаемые имплантаты для восстановления крупных дефектов кости

Учёные Омского государственного университета имени Ф. М. Достоевского получили положительное заключение Российской академии наук на создание биоматериалов нового поколения. Команда под руководством доцента кафедры неорганической химии ОмГУ Светланы Герк работает над гелями, пастами, гранулами и пористыми каркасами. Эти материалы способны замещать обширные участки скелета, утраченные из-за тяжёлых травм, онкологических заболеваний или боевых ранений. Проект рассчитан до 2028 года и нацелен на изменение подходов к лечению пациентов с крупными костными дефектами.

Разработке предшествовал длительный фундаментальный этап. Более 15 лет учёные кафедры неорганической химии ОмГУ изучали природу образования камней в почках и патологических отложений кальция в тканях человека. Эти исследования позволили детально понять механизмы построения и разрушения твёрдых тканей организмом. Первым практическим результатом стали порошковые композиции, успешно синтезированные и испытанные. Они уже готовы к применению в стоматологии и микрохирургии для заполнения небольших костных полостей, например, при лечении кист челюсти или подготовке к имплантации зубов.

Новый этап предполагает переход к объёмным формам материалов. Порошок эффективен для точечного ремонта, но не подходит для замещения крупных дефектов, возникающих при взрывных травмах или удалении сарком. Команда Светланы Герк создаёт вязкие пасты для инъекций, эластичные гели, сыпучие гранулы и жёсткие пористые каркасы. Основой служат биомиметические композиты, максимально имитирующие структуру и свойства натуральной костной ткани человека. Минеральная часть композитов состоит из гидроксиапатита и других фосфатов кальция, то есть тех же веществ, из которых состоит природная кость. Органическую основу обеспечивают полимеры, включая природный полисахарид, гиалуроновую кислоту, присутствующую во многих тканях и органах, а также синтетические полимеры.

Такое сочетание решает проблему чужеродности имплантатов, характерную для металлических или пластиковых конструкций. Клетки организма не распознают материал как врага, иммунная система не активируется благодаря знакомому химическому составу. Одновременно композит обладает механической прочностью, достаточной для выдерживания нагрузок, сравнимых с натуральной костью. 

Как поясняет магистр кафедры София Сипягина, организм встречает имплантат не как инородное тело, а как каркас для регенерации. Материал содержит фосфор, кальций и кислород в тех же пропорциях, что и живая ткань. Биологические жидкости запускают процессы остеогенеза, то есть естественного костеобразования.

Ключевое свойство новой разработки заключается в биоразлагаемости. Искусственная кость не остаётся в теле навсегда, что выгодно отличает её от титановых конструкций. Имплантат выполняет роль временного каркаса. На его поверхности делятся остеобласты, клетки, строящие новую костную ткань. По мере восстановления «родной» ткани искусственный композит медленно и безопасно растворяется в биологических жидкостях организма. Продукты распада, состоящие из кальция и фосфатов, выводятся или усваиваются организмом. В итоге от имплантата не остаётся следа, а пациент получает полностью функционирующий живой участок скелета без инородных вкраплений.

Работа с обширными костными дефектами сопряжена с высоким риском инфекций. Открытая рана, большая площадь имплантации и длительное восстановление создают условия для развития патогенных микроорганизмов. Омские учёные предусмотрели эту угрозу. В химический состав биоматериала планируется вводить добавки, в частности, селен. Этот микроэлемент известен способностью бороться с болезнетворными бактериями и снимать воспаление. Таким образом, имплантат нового поколения выполняет сразу три функции одновременно. Он заполняет дефект, стимулирует рост собственной ткани и противостоит инфекции, снижая потребность в системных антибиотиках.

Проект «Функциональные остеопластические биосовместимые материалы на основе фосфатов кальция, природных и синтетических полимеров» находится в активной фазе исследований. В плане работ на 2026 год значится расширение линейки используемых компонентов и детальное изучение физико-химических свойств полученных гелей, паст и гранул. Следующий этап включает комплексные биологические испытания. Учёным предстоит доказать не только эффективность, но и полную безопасность новых материалов для живого организма.

Текст: Ирина Леонова

Фото: Евгения Гамова