Изначально из-за близкого химического состава его было сложно отличить от костной ткани человека. Новый состав позволит без внутреннего вмешательства отслеживать введение материал в организм пациента в процессе хирургических манипуляций. Следующий шаг ученых – клинические исследования разработанного материала.
Для замещения костной ткани при ее поражениях — например из-за остеопороза, онкологических заболеваний или различных травм — используют цементные материалы на основе полиметилметакрилата — прочного самозатвердевающего полимера, у которого есть ряд недостатков. Он нерастворим и имеет низкую совместимость с организмом из-за выраженного местно-раздражающего действия, а температура, необходимая для его затвердевания, может достигать 70°С, что иногда вызывает ожог близлежащих тканей.
Чтобы добиться этого, исследователи ввели в структуру материала ионы гадолиния — редкоземельного металла, используемого в качестве контрастного вещества (усиливающего сигнал) при визуализации КТ. Сравнение экспериментальных образцов цемента с гадолинием и без него показало, что введение ионов гадолиния способствует повышению прочности материала. Это объясняется тем, что гадолиний изменяет фазовый состав и микроструктуру цемента, благодаря чему он становится более устойчивым к деформации. Также ученые показали, что новый цементный материал обладает антибактериальными свойствами в отношении кишечной палочки (Escherichia coli), что позволит снизить риск развития инфекций после операций. При этом доклинические исследования нового цемента продемонстрировали его высокую совместимость с человеческими клетками.
«Разработанный костный цемент обладает рядом важных функциональных свойств — прочностью, антимикробным эффектом, биосовместимостью, возможностью визуализации с помощью КТ и МРТ, — что делает его крайне перспективным материалом для применения в реконструктивно-восстановительной хирургии. В дальнейшем мы планируем провести клинические исследования для доказательства его безопасности и эффективности», — рассказал руководитель проекта Владимир Комлев, доктор технических наук, профессор РАН и МГУ, член-корреспондент РАН, директор Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Magnesium and Alloys.