Аннотация:Целью данной работы являлась разработка нагружаемых имплантатов для заполнения костных дефектов среднего размера и произвольной формы, на основе пористых композитов ТКФ/ГА, изготовленных низкотемпературными методами реакционного связывания.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. выявление взаимосвязи между составом, микроструктурой и механическими свойствами реакционно-связанного материала;
2. изучение влияние добавок-модификаторов на кинетику реакции химического связывания и микроструктуру конечного композита;
3. получение макропористых (размер макропор – сотни микрон) реакционно-связанных материалов;
4. изучение влияния параметров, характеризующих свойства цементной пасты, на сроки схватывания, микроструктуру и механическую прочность;
5. проведение биологических испытаний полученных материалов in vitro и in vivo.
Научная новизна работы состоит в следующих положениях, которые выносятся на защиту:
1. Исследована кинетика основной реакции ТКФ + Н2О → ГА, протекающей в реакционно-связанных композитах ТКФ/ГА, в диапазоне температур 20-80°С в водной среде, содержащей добавки-модификаторы (цитрат натрия, гидрокарбонат натрия). Впервые показано, что использование модификаторов приводит к существенному замедлению основной реакции, а в случае применения гидрокарбоната натрия также и к модификации химического состава продукта.
2. Увеличение температуры проведения основной реакции приводит к изменению характера агломерации зародышей ГА, вызывая смену габитуса кристаллов с пластинчатой на игольчатую в случае реакции в воде. Показано, что применение добавок-модификаторов существенно изменяет морфологию зародышей ГА и приводит к более плотной микроструктуре с иным характером агломерации кристаллитов.
3. Формирование прочностных характеристик реакционно-связанных материалов впервые описано в рамках представлений физико-химической механики о фазовых контактах в твердеющих водных дисперсиях. Показано, что меньший размер кристаллитов образовавшегося апатита и большая плотность фазовых контактов, в случае использования модификаторов, позволяет достичь большей макроскопической прочности.
Практическая значимость работы обусловлена:
1. Разработкой способа получения реакционно-связанных композиционные материалы ТКФ/ГА с прочностью до 180 МПа и макроскопической пористостью до 70%. Подобные характеристики материалов являются основанием для рассмотрения возможности их применения в работах по инженерии костной ткани.
2. В качестве материала, компенсирующего неточность заполнения костного дефекта, предложено использовать кальцийфосфатную цементную пасту, затвердевающую с образованием карбонатсодержащего ГА (КГА). Проведенная оптимизация гранулометрического и химического состава исходной цементной смеси позволила предложить для применения КГА-цемент с прочности на сжатие до 35 МПа.
3. Полученные в работе материалы являются биосовместимыми и могут применяться в качестве костных имплантатов. МТТ-тест показал, что материалы не являются цитотоксичными и не содержат компонентов, негативно влияющих на адгезию, распластывание, пролиферативную активность и жизнеспособность клеток типа фибробластов. Доклинические исследования in vivo на модели малых лабораторных животных выявили серьезный потенциал данных материалов и позволили рекомендовать их к дальнейшим доклиническим и клиническим испытаниям.