En bioaktiv polymer-keramisk komposit för att fixera implantat och återställa bendefekter i skallen har utvecklats av en internationell grupp av materialforskare från NUST MISIS Center for Composite Materials. En innovativ sammansättning av materialet baserad på äggskalshärledd biokeramik ger ökad styrka och biointegration av implantat. Resultaten av arbetet publicerades i den internationella vetenskapliga tidskriften Journal of Asian Ceramic Societies .

Polymetylmetakrylat (PMMA) är en syntetisk polymer som används av kirurger som ett "bencement" på grund av dess självhärdande och styrka egenskaper. Men detta material är bioinert till sin natur, därför har den en svag kemisk och biologisk interaktion med levande vävnader och integreras knappast med ben.

Forskare undersöker aktivt PMMA för att "optimera" det för bredare tillämpning inom olika biomedicinska områden, till exempel, säkerställa tillförlitlig fixering av konstgjorda leder/implantat, tandfixatorer, stängning av kraniala defekter i olika skador, etc.

Teamet från NUST MISIS Center for Composite Materials har löst detta problem genom att modifiera polymetylmetakrylat, lägga till diopsid, ett material från kategorin silikatbiokeramik. Det är känt för sådana egenskaper som brist på toxicitet för levande celler, biologisk nedbrytbarhet och förmågan att stimulera osteogenes - bildandet av benvävnad på dess yta.

"Äggskal har hälsofördelar som benmineralisering och tillväxt, behandling av osteoporos, och används därför som bentransplantat. Vi har antagit en kostnadseffektiv metod för att återvinna bioavfall för att förbättra livskvaliteten för patienter med bensjukdom. För tillverkning av kompositer, diopsid erhållen från äggskal användes, " säger Inna Bulygina, medförfattare till studien, iPhD-student i biomaterialvetenskap vid NUST MISIS.

Utvecklarna föreslog att materialet skulle optimeras genom att lägga till bioaktiv keramik till PMMA-polymermatrisen.
"Som ett resultat, vi fick ett poröst komposit PMMA/diopsidmaterial, som tillverkades med lösningsmedelsgjutningsmetoden. Under experimenten, vi provade olika proportioner av diopsid—25 %, 50 % och 75 %, " lade Rajan Choudhary till, en av författarna till utvecklingen, PostDoc på NUST MISIS.

Enligt forskaren, processen för benbildning och resorption är känd för att regleras av flera medel, inklusive tillväxtfaktorer, proteiner och hormoner. På samma gång, olika joner, som fosfor, kalcium, strontium, magnesium och kiseldioxid, är involverade i regenereringen, mineralisering och metabolism av ben, och det är dessa element som säkerställer införandet av diopsid i kompositen.

"Proven som innehåller 50 % diopsid har visat det bästa resultatet - de har visat en 4-faldig ökning av tryckhållfastheten, och har efter 4 veckors in vitro-testning visat en god förmåga att deponera benmineraler på ytan. På samma gång, vi har funnit att de mekaniska egenskaperna hos de erhållna porösa kompositerna motsvarar egenskaperna hos människokroppens svampiga ben, " lade Rajan Choudhary till.

Enligt forskare, avfall från jordbruks- och livsmedelsindustrin kan användas för industriell produktion av kirurgiskt material. Dock, samling, rengöring och återvinning kräver separat avfallsinsamling.

För närvarande, utvecklarna slutför en serie laboratorietester av de erhållna proverna.