Ученые из Стоматологической школы Университета наук и здоровья Орегона сделали важное открытие, которое повлияет на производство стоматологических материалов. Разработали материал, имитирующий костную ткань человека. На изготовление образца требуется 72 дня или меньше, при этом он отличается высокой точностью микроскопической кристаллической структуры и биологической активности.
Разработали новый материал, имитирующий костную ткань
Автор работы, д-р Луис Е. Бертассони рассказал о процессе разработки материала: работа проводилась в течение длительного времени, сначала требовалось определить характеристики костной ткани в масштабе наночастиц, а также изучить другие ткани, состоящие из минеральных веществ. Далее авторы постепенно анализировали и оптимизировали процесс выращивания кровяных капилляров и нейронных сетей in vitro. «После того, как мы достигли хороших результатов в перечисленных выше работах, на что потребовалось много лет, мы начали искать способ создать механизм, который будет кальцифицировать гидрогель, обогащенный клетками, чтобы повторить структуру костной ткани в наномасштабе».
Авторы протестировали ряд белков и полимеров, способствующих кальцификации коллагена в наномасштабе. Далее подобрали оптимальные условия, необходимые для выращивания клеток в растворах, и отработали механизмы, которые лежат в основе формирования функционирующих кровяных капилляров, нервных волокон и метаболизма в костной ткани. «Если наши предположения окажутся верны, то появится возможность для регенерации костных тканей при больших травмах и дефектах с помощью нового материала, а не посредством аллогенной трансплантации костной ткани». На данном этапе авторы тестируют данную методику. Они сумели вырастить материал, имитирующий настоящую костную ткань, в лаборатории за 72 дня, используя метод, контролируемый на каждом этапе.
Важная черта нового материала – возможность быстрого производства. Д-р Бертассони утверждает, что исследователи могут начать и приостановить процесс в любой момент, также могут добавить больше или меньше кальция и фосфатов. Таким образом, состав и формирование материала полностью подконтрольно ученым.
Д-р Бертассони подчеркивает, что при изготовлении материала достигается высокая точность состава и структуры, имитирующей костную ткань в наномасштабе. «Известно, что минерализация костной ткани происходит под действием белков. В природе задуман механизм, который предотвращает выпадение осадка минеральных солей, чтобы сформировались кристаллические блоки. В лаборатории мы попытались имитировать этот механизм, для этого применили высокоэффективный тормозящий агент, препятствующий оседанию минеральных солей. Благодаря этому в образце происходит формирование минеральной кристаллической структуры, позволяющей «жидким» ионам минеральных солей проникать в нанопоры коллагена (основного белка костной ткани) подобно тому, как струи воды просачиваются сквозь мельчайшие отверстия. Как только ионы проникнут в коллаген, белки-ингибиторы удаляются из образца, а кристаллы ионов приобретают форму кристаллов в естественных костных тканях».
Авторы стараются закончить тестирование материала, чтобы он стал доступен для покупателей в течение нескольких лет. «Данные разработки зачастую проходят непростые проверки, которые могут затормозить процесс выхода материала на рынок. Но сегодня мы оптимизируем материал, расширяя сферы его применения», — говорит д-р Бертассони.
