Учёные из Университета Лобачевского (ННГУ) разработали новое вещество для костных имплантов. Это фторапатит (Ca₅(PO₄)₃F), в котором атомы кальция частично заменены на атомы висмута и натрия. Элемент висмут (Bi) в соединении обеспечивает антибактериальный эффект. Он способен бороться с инфекциями, которые угрожают организму в послеоперационный период. Натрий (Na) отвечает за биосовместимость вещества, помогает ему активнее встраиваться в кость. Основа состава — вещество из кальция, фосфора, кислорода и фтора — минерал, который воспроизводит структуру и состав человеческой костной ткани.
Результаты исследования опубликованы в журнале Dalton Transactions.
Чаще всего, чтобы придать антибактериальные свойства костным имплантам, их покрывают антибиотиками. В организме лекарства вымываются, попадают на другие участки вместо того, чтобы работать должным образом на импланте. Как показали тесты на культуре человеческих фибробластов, нижегородские ученые получили вещество, где антимикробный агент (висмут) прочно зафиксирован в кристаллической структуре.
Кроме того, анализ микроструктуры показал, что именно при соотношении Ca/Bi/Na=8/1/1 частицы имеют сфероидальную форму, это облегчает их проникновение в клетки и увеличивает шансы вещества активно воздействовать на внутриклеточном уровне.
Работа стартовала в 2018 году в коллаборации с учёными из Наньягского технологического университета (Nanyang Technological University, Сингапур). Сегодня партнёрами проекта выступают Приволжский исследовательский медицинский университет и Кубанский государственный медицинский университет.
Доцент кафедры аналитической и медицинской химии ННГУ Евгений Буланов, автор исследования, рассказал:
«Исследованиями соединений со структурой апатита мы занимаемся 13—14 лет. Поскольку этот класс соединений очень многообразен по химическому составу, то и направления использования этих материалов рассматривались разные: мы заходили на территорию неорганических пигментов, связывания радионуклидов, но самым интересным и перспективным оказалось изучение биокерамических материалов для восстановления костной ткани. Мы начали с самого гидроксиапатита, разработали экономичный и легко масштабируемый способ его получения. Постепенно наши исследования сфокусировались на модификации его химического состава и получении новых форм материалов».
Учёные планируют более точно определить оптимальный химический состав соединения для его клинического применения. Уже сейчас в разработке находится ещё одна модификация гидроксиапатита биоактивными атомами магния.