Биоактивная кальцийфосфатная пенокерамика, модифицированная биомиметическим апатитом

Крутько В. К.; Маслова Л. Ю.; Мусская О. Н.; Сафронова Т. В.; Будейко Н. Л.; Кулак А. И.

Биоактивная кальцийфосфатная пенокерамика, модифицированная биомиметическим апатитом

Крутько В. К., Маслова Л. Ю., Мусская О. Н., Сафронова Т. В., Будейко Н. Л., Кулак А. И.

2022

https://doi.org/10.29235/1561-8331-2022-58-2-158-168

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.

Крутько В. К., Маслова Л. Ю., Мусская О. Н., Сафронова Т. В., Будейко Н. Л., Кулак А. И. Биоактивная кальцийфосфатная пенокерамика, модифицированная биомиметическим апатитом. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2022;58(2):158-168. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2022-58-2-158-168

Цитирование

Список литературы

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

Источник

Информация

Автор

Крутько В. К. Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси
Маслова Л. Ю. Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси
Мусская О. Н. Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси
Сафронова Т. В. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Будейко Н. Л. Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси
Кулак А. И. Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси

Страницы

158-168

Год издания

2022

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук