Биоактивная кальцийфосфатная пенокерамика, модифицированная биомиметическим апатитом

Кальцийфосфатную пенокерамику получали в процессе отжига при 1200 °С пенополиуретановых матриц пористостью 65-70 % с использованием суспензий на основе смеси синтетического гидроксиапатита, термообработанного при 800 °С, и монокальцийфосфата моногидрата в среде 0,8 %-ного поливинилового спирта. Открытопористая кальцийфосфатная пенокерамика имела пористость 53-60 % и состояла из β-трикальцийфосфата, β-пирофосфата кальция, α-трикальцийфосфата и биомиметического апатита. Модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики в модельных средах SBF (Simulated Body Fluid) различного состава (стандартная, не содержащая HCO₃-, концентрированная в 5 раз) приводило к формированию биомиметического апатита, включающего аморфный фосфат кальция Ca₉(PO₄)₆ и апатитный трикальцийфосфат Ca₉(HPO₄)(PO₄)₅OH. Биомиметический апатит при 800 °С кристаллизовался в в-трикальцийфосфат. В концентрированном в 5 раз SBF за 3-5 сут при 37 °С формировалось в 6-10 раз больше биомиметического апатита по сравнению с SBF стандартной концентрации, что позволило повысить биоактивность и статическую прочность кальцийфосфатной пенокерамики в 2,5 раза.

1. Wang, J. Nano-Hydroxyapatite Coating Promotes Porous Calcium Phosphate Ceramic-Induced Osteogenesis Via BMP/Smad Signaling Pathway / J. Wang, M. Wang, F. Chen // International Journal of Nanomedicine. - 2019. - Vol. 14. -P. 7987-8000. https://doi.org/10.2147/IJN.S216182

2. Сафронова, Т. В. Неорганические материалы для регенеративной медицины / Т. В. Сафронова // Неорганические материалы. - 2021. - Т. 57, № 5. - С. 467-499. https://doi.org/10.31857/S0002337X21050067

3. Daculsi, G. 20 years of biphasic calcium phosphate bioceramics development and applications / G. Daculsi, S. Baroth, R. Z. LeGeros // Advances in bioceramics and porous ceramics II. - Wiley: American Ceramic Society, 2010. - Р. 45-58. https://doi.org/10.1002/9780470584354.ch5

4. Баринов, С. М. Подходы к созданию пористых материалов на основе фосфатов кальция, предназначенных для регенерации костной ткани / С. М. Баринов, В. С. Комлев // Неорганические материалы. - 2016. - Т. 52, № 4. - С. 383-391. https://doi.org/10.7868/S0002337X16040023

5. Doremus, R. H. Review: Bioceramics / R. H. Doremus // J. Mater. Sci. - 1992. - Vol. 27. - P. 285-297. https://doi.org/10.1007/bf00543915

6. Bioactive Calcium Phosphate-Based Composites for Bone Regeneration / M. Tavoni [et al.] // Journal of Composites Science. - 2021. - Vol. 5. - P. 227-254. https://doi.org/10.3390/jcs5090227

7. Баринов, С. М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С. М. Баринов, В. С. Комлев. - М.: Наука, 2005. -204 с.

8. Role of hydroxyapatite nanoparticle size in bone cell proliferation / Y. Cai [et al.] // Journal of Materials Chemistry. -2007. - Vol. 17, N 36. - P. 3780-3787. https://doi.org/10.1039/B705129H

9. Calcium phosphate ceramic foam obtained by firing a hydroxyapatite - monocalcium phosphate monohydrate powder mixture / V. K. Krut'ko [et al.] // Glass and ceramics. - 2022. - Vol. 78, N 11-12. - Р. 476-480. https://doi.org/10.1007/s10717-022-00435-y

10. Dorozhkin, S. V. Calcium orthophosphate bioceramics / S. V. Dorozhkin // Ceramics International. - 2015. - N 41. -P. 13913-13966. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.08.004

11. Крутько, В. К. Термические превращения в композиционных материалах на основе гидроксиапатита и диоксида циркония / В. К. Крутько, А. И. Кулак, О. Н. Мусская // Неорганические материалы. - 2017. - Т. 53, № 4. - С. 427-434. https://doi.org/10.7868/S0002337X17040091

12. Effect of CaF2 on densification and properties of hydroxyapatite-zirconia composites for biomedical applications / H.-W. Kim [et al.] // Biomaterials. - 2002. - Vol. 23. - P. 4113-4121. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(02)00150-3

13. Calcium Phosphate Foams: Potential Scaffolds for Bone Tissue Modeling in Three Dimension / E. B. Montufar [et al.] // 3D Cell Culture. Methods and Protocols / ed. Z. Koledova. - New York: Humana Press, 2017. - P. 79-94. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7021-6_6

14. Bone marrow stromal cells and their use in regenerating bone / R. Cancedda [et al.] // Tissue Engineering of Cartilage and Bone: Novartis Foundation Symposium. - Chichester, UK: John Wiley & Sons, 2003. - Vol. 249. - P. 133-147. https://doi.org/10.1002/0470867973.ch10

15. Les allongements progressifs de l'avant-bras chez l'enfant. A propos d'une serie de 14 cas / F. Launay [et al.] // Revue de Chirurgie Orthopedique et Reparatrice de l'Appareil Moteur. - 2001. - Vol. 87. - P. 786-795. https://doi.org/RCO-12-2001-87-8-0035-1040-101019-ART5

16. Bioinspired approaches to toughen calcium phosphate-based ceramics for bone repair / P. Dee [et al.] // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. - 2020. - N 112. - Article ID 104078. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2020.104078

17. Hench, L. L. Bioceramics / L. L. Hench // Journal of the American Ceramic Society. - 1998. - Vol. 81, N 7. - P. 1705-1728. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1998.tb02540.x

18. Solutions able to reproduce in vivo surface-structure change in bioactive glass-ceramic A-W / T. Kokubo [et al.] // Journal of Biomedical Materials Research. - 1990. - N 24. - P. 721-734. https://doi.org/10.1002/jbm.820240607

19. Термическая эволюция кальцийфосфатной пенокерамики, полученной на основе гидроксиапатита и монокальцийфосфата моногидрата / В. К. Крутько [и др.] // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2019. - № 11. - С. 615-623. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2019.11.615

20. Синтетический гидроксиапатит - основа костнозамещающих биоматериалов / В. К. Крутько [и др.] // София. -2017. - № 1. - С. 50-57.

21. Kokubo, T. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity? / T. Kokubo, H. Takadama // Biomaterials. -2006. - N 27. - P. 2907-2915. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2006.01.017

22. Модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики биоапатитом в среде SBF / В. К. Крутько [и др.] // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - № 13. - С. 870-880. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2021.13.870

23. Кальцийфосфатная пенокерамика с регулируемой биоактивностью / В. К. Крутько [и др.] // Физикохимические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2018. - № 10. - С. 374-382. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2018.10.374

24. Clustering of calcium phosphate in SBF and in the system CaCl2-H3PO4-KCl-H2O / A. Oyane [et al.] // Bioceramics. -1999. - N 12. - P. 157-160. https://doi.org/10.1142/9789814291064_0038

25. Апатитные фосфаты кальция: жидкофазное формирование, термические превращения, терминология и идентификация / И. Е. Глазов [и др.] // Журнал неорганической химии. - 2022. - Т. 67, № 2. - С. 193-202. https://doi.org/10.31857/s0044457x22020040

26. Effect of platelet-poor plasma additive on the formation of biocompatible calcium phosphates / I. E. Glazov [et al.] // Materials Today Communications. - 2021. - Vol. 77. - P. 102224. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102224

27. Gernaey, K. V. 12th International Symposium on Process Systems Engineering and 25th European Symposium on Computer Aided Process Engineering: Parts A, B and C / K. V. Gernaey, J. K. Huusom, R. Gani. - Elsevier, 2015. - P. 1571-1575.

28. P-Tricalcium phosphate interferes with the assessment of crystallinity in burned skeletal remains / G. Piga [et al.] // Journal of Spectroscopy. - 2018. - Article 5954146. https://doi.org/10.1155/2018/5954146

29. Кальцийфосфатная пенокерамика на основе порошковой смеси гидроксиапатит-брушит / В. К. Крутько [и др.] // Стекло и керамика. - 2019. - № 7. - С. 38-44.

30. An improvement in sintering property of P-tricalcium phosphate by addition of calcium pyrophosphate / Ryu H.-S. [et al.] // Biomaterials. - 2002. - Vol. 23. - P. 909-914. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(01)00201-0.

31. Thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction of nano-tricalcium phosphate crystallization / A. I. Bucur [et al.] // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2012. - N 107. - Р. 249-255. https://doi.org/10.1007/s10973-011-1753-9

32. Matrix macromolecules in hard tissues control the nucleation and hierarchical assembly of hydroxyapatite / S. Gajjera-man [et al.] // Journal of Biological Chemistry. - 2007. - Vol. 282. - P. 1193-1204. https://doi.org/10.1074/jbc.M604732200