Коллективом научных сотрудников нашего университета и Институтом высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) была подана  заявка и в 2022 году выигран конкурс РНФ  «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс) (2022-2023 гг).

Проект «Разработка концепции создания и применения новых керамических материалов для остеаугментации путем формирования и исследования биоинтегрированного комплекса «керамический аугмент − костно-суставной интерфейс» в эксперименте», научный руководитель – профессор, д.м.н Е.А.Волокитина.

Одной из актуальных задач современной травматологии, в том числе, остро стоящих в Свердловской области, является нерешенная проблема эффективной остеоинтеграции имплантата при возмещении дефектов костной ткани при травмах и заболеваниях костной ткани, в том числе у больных онкологического профиля после выполнения обширных резекций костных сегментов диафизарной и внутрисуставной локализации.  Поэтому разработка концепции создания и применения новых керамических материалов для остеаугментации путем формирования и исследования биоинтегрированного комплекса «керамический аугмент − костно-суставной интерфейс» в эксперименте признано приоритетным и актуальным научно-практическим исследованием. Известная на сегодняшний день циркониевая керамика (допированный оксид цикония ZrO2) отличается хорошими механическими характеристиками, низким коррозионным потенциалом, отсутствием цитотоксичности и минимальной тропностью к бактериальной адгезии, что определяет возможность ее применения в качестве остеозамещающего материала. Выбор данного материала был обусловлен тем, что кристаллическая решетка цирконата лантана толерантна для различного рода замещений, в том числе ионами кальция и стронция. В процессе остеоинтеграции потенциально возможно высвобождение катионов лантана, кальция и стронция, что может оказывает благоприятное действие на процесс ремоделирования кости, в том числе, за счет экспрессии остеопонтина, который не только связывается с гидроксиапатитом кости, участвуя в ее формировании, но и имеет интегрин-связывающий домен и, следовательно, может способствовать прикреплению и пролиферации клеток на поверхности импланта.

Научный коллектив проекта является уникальным сочетанием специалистов в области физического и химического материаловедения, биологии, экспериментальной и клинической биомедицины. Руководитель проекта  — Волокитина Елена Александровна, д.м.н, зав. кафедрой травматологии и ортопедии, ведущий научный сотрудник института травматологии ЦНИЛ ФГБОУ ВО УГМУ. Исполнители  — Антропова Ирина Петровна, д.б.н., ведущий научный сотрудник института травматологии ЦНИЛ ФГБОУ ВО УГМУ; Медведев Дмитрий Андреевич, д. хим. наук, зав. лабораторией электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах ИВТЭ УрО РАН, а также наши молодые ученые  — Тимофеев Кирилл Андреевич —  аспирант и Труфаненко Роман Андреевич — студент 6 курса  ФГБОУ ВО УГМУ МЗ РФ.

Задачи первого этапа исследования были успешно выполнены: получена керамика на основе цирконата лантана, в том числе, с частичным замещением лантана на кальций и стронций, выполнена ее физико-химическая аттестация. Выполнен эксперимент in vitro c использованием клеточной культуры, сделана оценка клеточной пролиферации и цитотоксичности при выращивании на керамических образцах.

На втором этапе планируется проведение экспериментального исследования в виварии нашего университета. Будет выполнено моделирование костного диафизарного дефекта с возмещением его керамическим образцом, определение биологической совместимости и успешности остеоинтеграции разработанных керамических имплантатов.

Настоящий проект обеспечит не только накопление фундаментальных знаний в вопросе ремоделирования костной ткани, но и сможет стать прорывом в создании новых, высокотехнологичных и высокоэффективных аллопластических материалов, пригодных для применения в современной медицине, а именно в травматологии, ортопедии и онкологии. При положительном результате исследования будут даны рекомендации для проведения ограниченного клинического испытания. Реализация такого комплексного междисциплинарного подхода сможет лечь в основу разработки биомедицинских принципов создания и применения новых керамических материалов для задач тканевой инженерии, в том числе остеоаугментации.