ИСТИНА

Поиск новых формулировок фазового состава, совершенствование микроструктуры, создание макропористой структуры заданных архитектурных типов, разработка подходов к созданию заданной шероховатости поверхности является актуальным при создании неорганических материалов для костных имплантатов, необходимых для развития передовых методов лечения дефектов костной ткани в регенеративной медицине. Проект направлен на решение фундаментальной проблемы создания керамических композиционных материалов нового поколения на основе биосовместимых соединений кальция, предназначенных для использования в медицине в качестве биодеградируемой пористой основы в конструкциях тканевой инженерии при замене утраченной или поврежденной костной ткани, в качестве субстратов для культивирования и дифференцировки клеток или в качестве носителей лекарственных средств. Центральной задачей проекта является разработка научных основ получения нового биосовместимого биодеградируемого композиционного керамического материала в системе Me2O-CaO-SO3-P2O5 (Ме=Na, K) с заданной архитектурой порового пространства, создаваемой методом устойчивой послойной 3D-печати из высококонцентрированных суспензий или порошковых смесей. Успешное выполнение проекта, направленного на создание новых функциональных материалов медицинского назначения, предполагает исследования физико-химических процессов, протекающих на различных стадиях получения керамических композиционных материалов в системе Me2O-CaO-SO3-P2O5 (Ме=Na, K). В рамках данного проекта предполагается исследование особенностей спекания с участием жидкой и газовой фаз на фоне гетерогенных химических реакций, протекающих при нагревании в целенаправленно составленных порошковых системах (смесях) при получении биосовместимого, биоактивного и биорезорбируемого керамического материала. Новые керамические композиты, разработанные в результате осуществления настоящего проекта, компенсируя утраченный участок костной ткани, будут создавать необходимые условия для ее регенерации. Новый биосовместимый пористый неорганический материал (основа конструкции тканевой инженерии) обеспечит такие условия благодаря следующим характеристикам: 1) фазовому составу, включающему резорбируемые керамические фазы трикальцийфосфата, пирофосфата кальция, сульфата кальция ангидрита, двойных фосфатов кальция и щелочных металлов (Na, K); 2) бимодальной пористости с размером крупных пор в интервале 100-3000 мкм и с размером мелких пор, обуславливающих шероховатость поверхности, в интервале 1-10 мкм; 3) способности, обусловленной заданным фазовым составом, микроструктурой и характером пористости, полностью резорбироваться при взаимодействии со средой организма с выделением совокупности биосовместимых ионов Са2+, Na+, К+, HPO42-, Н2P2O72-, SО42-. 4) прочности, достаточной для медицинских и биологических манипуляций, которая для пористого материала должна иметь значение не менее 0,1 МПа, а для плотного – 30-50 МПа. Разработка подобных материалов, предназначенных для компенсации или восстановления дефектов костной ткани, позволит в перспективе оказывать медицинскую помощь на уровне самых высоких стандартов здравоохранения.

The search for new formulations of the phase composition, microstructure improvement, the creation of a macroporous structure of specified architectural styles, development of approaches of creation a predetermined surface roughness is very important in the creation of inorganic materials for bone implants required for the development of advanced treatment methods for bone defects in regenerative medicine. The project is aimed at solving the fundamental problem of creating a new generation of ceramic composite materials based on biocompatible calcium compounds intended for use in medicine as a biodegradable porous base in tissue engineering structures when replacing lost or damaged bone tissue, as substrates for cell cultivation and differentiation, or as drug carriers. The central objective of the project is to develop the scientific basis for the production of a new biocompatible biodegradable composite ceramic material in the system Me2O-CaO-SO3-P2O5 (Ме=Na, K) with a given architecture of the pore space created by the method of stable layer-by-layer 3D printing from highly concentrated suspensions or powder mixtures. The successful implementation of the project aimed at the creation of new functional materials for medical purposes involves the study of physical and chemical processes occurring at various stages of obtaining ceramic composite materials in the system Me2O-CaO-SO3-P2O5 (Ме=Na, K). Within the framework of this project, it is planned to study the features of sintering involving liquid and gas phases on the background of heterogeneous chemical reactions occurring during heating in purposefully composed powder systems (mixtures) in the preparation of biocompatible, bioactive and bioresorbable ceramic material. New ceramic composites developed as a result of this project, compensating for the lost area of bone tissue, will create the necessary conditions for its regeneration. The new biocompatible porous inorganic material (the basis of the tissue engineering constructions) will provide such conditions due to the following characteristics: 1) phase composition including resorbed ceramic phases of tricalcium phosphate, calcium pyrophosphate, calcium sulfate anhydrite, double calcium and alkali metals (Na, K) phosphates; 2) bimodal porosity with the size of large pores in the range of 100-3000 microns and with the size of small pores causing surface roughness in the range of 1-10 microns; 3) ability due to a given phase composition, microstructure and nature of porosity, to be fully resorbed in the interaction with the environment of the organism with the release of a set of biocompatible ions Са2+, Na+, К+, HPO42-, Н2P2O72-, SО42-. 4) strength sufficient for medical and biological manipulation, which for porous material should have a value of not less than 0.1 MPa, and for dense – 30-50 MPa. The development of these new materials, designed to compensate or restore bone defects, will allow in the future to provide medical care at the level of the highest standards of health care.