Биокерамика для производства имплантатов и устранения костных дефектов разработана международной группой материаловедов в Центре композиционных материалов НИТУ «МИСиС». Биоматериалы, полученные из сельскохозяйственных отходов — рисовой шелухи — показали отличную биоминерализацию и совместимость с клетками крови млекопитающих.
Результаты работы опубликованы в журнале Materials Science and Engineering C: Materials for Biological Applications.
Легкодоступность и дешевизна сельскохозяйственных отходов мотивирует вести поиск методов их превращения в ценный продукт. Шелуха риса, например, богата диоксидом кремния. Высокое содержание кальция в яичной скорлупе делает её конкурентоспособным сырьём для производства биоматериалов. Стратегия переработки отходов в продукт для создания биомедицинских приложений экономически обоснована и экологически чиста.
Материаловеды Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» использовали сырую яичную скорлупу и рисовую шелуху для изготовления трёх различных видов силикатной биокерамики — диопсида, волластонита и форстерита. Показано, что биологическая активность материала зависит от химического состава исходного сырья и его способности находиться в физиологической среде. От биоактивности материала зависит успешность операций в имплантологии.
«Наше исследование направлено на решение актуальной во всём мире задачи переработки биоотходов в материалы и изделия, в том числе, для использования в медицине», — пояснила соавтор разработки, студентка программы iPhD «Биоматериаловедение» НИТУ «МИСиС» Инна Булыгина.
Исследователи подчеркнули, что внедрить химические элементы, необходимые для ускорения регенерации костей, в синтетические биоматериалы — очень сложно. Выход — использование сырья, которое естественным образом сохранило ионы натрия, магния, калия, кремния и других. Такой подход может помочь в увеличении скорости остеогенеза — формирования костной ткани взамен утраченной при травмах и заболеваниях.
«Наилучшие результаты показал диопсид (CaMgSi2O6) — он показал самую высокую гемосовместимость при всех концентрациях (62,5, 125, 250 мкг/мл) даже после 24 часов инкубации. Инкубация мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) мышей с диопсидом в целом не приводит к увеличению уровня апоптоза в культуре клеток по сравнению с контролем», — рассказывает один из авторов, постдок НИТУ «МИСИС» Раджан Чоудхари.
«Мы предложили простой метод извлечения чистого диоксида кремния из рисовой шелухи. В процессе испытаний мы показали, что полученный таким способом материал не ухудшает жизнеспособность контактирующих с ним клеток», — добавил руководитель iPhD «Биоматериаловедение» НИТУ «МИСиС», к.ф.-м.н Фёдор Сенатов.
В настоящее время изучают возможность воспроизведения архитектуры нативных тканей путём изготовления скаффолдов с использованием аддитивного производства (скаффолды — структуры, которые служат субстратом и «направляющими» для регенерации тканей).
