«Костные цементы на основе фосфатов кальция и магния с антибактериальными свойствами: введение антибиотика и катионные замещения» (промежуточный)

Созданы оригинальные составы цементных порошков с соотношением (Ca+Mg)/P=2 с замещением Са на Mg до 60 мол. %, и исследованы их фазовый состав и морфология. Исходные цементные порошки синтезированы как химическим осаждением, так и твердофазным синтезом с последующей термической обработкой и планетарным измельчением. Преимущества метода химического осаждения продемонстрированы на основе более высокого введения Mg в фазы фосфата кальция-магния и более узкого распределения частиц по размерам. Получены порошки цемента размером 20 - 50 мкм на основе ТеТКФ для 0 мол. % Mg и магний-замещенных фаз витлокита и станфиелдита с оксидом магния для 20 - 60 мол. % Mg. Увеличение степени замещения Mg от 20 до 60 мол. % приводило к превращению фаз гидроксиапатита и витлокита в обогащенную магнием станфилдитовую фазу и образованию цементных порошков с призматическими частицами. Разработаны новые цементные жидкости с рН 4 - 5,5, включая композиции с цитратом натрия и лактатом натрия. На основе созданных порошков и жидкостей получены новые костные цементные материалы, исследованы время схватывания, фазовый состав, микроструктура, растворимость и уровень pH. Взаимодействие цементного порошка и цементной жидкости привело к уменьшению количества MgO вследствие его растворения и осаждения в виде кристаллогидрата сложного фосфата натрия и магния. Этот установленный механизм образования фаз подтвержден с помощью ИК-спектроскопии, на основе данных об изменении полос функциональных групп адсорбированной воды, OH- и PO₄³⁻. Образование кристаллогидрата фосфата натрия-магния привело к получению плотной микроструктуры с распределением новой фазы в виде соединенной сети. Введение лактата натрия в цементную жидкость приводило к увеличению образования аморфной фазы и значительному снижению пористости цемента из-за формирования однородной микроструктуры. Увеличение содержания Mg с 20 до 60 мол. % приводило к образованию более пористой микроструктуры и увеличению выделения Mg в модельных жидкостях организма. На рН растворов дистиллированной воды, содержащей цементные материалы, сильно влиял состав цементной жидкости. Первые данные о возможности применения этих цементных материалов в качестве системы доставки лекарств получены на составах с 20 - 60 мол. % Mg с жидкостью фосфата аммония и магния. Влияние ванкомицина, введенного в цементные порошки, исследовано с помощью теста методом диффузии в агар с Escherichia coli, продемонстрировано сильное влияние на рост бактерий со значительными зонами ингибирования (4 - 5 мм) по сравнению с чистым кальций-магниевыми фосфатными цементами. Это доказало возможность разработки этих новых кальций-магниево-фосфатных цементных материалов в качестве системы доставки лекарств. Проведено оригинальное исследование влияния замещения Ag и Zn (0,5 и 1,0 мас. %) на фазовый состав, морфологию, химический состав и гранулометрический состав цементных порошков с 40 мол.% Mg. Согласно данным атомно-эмиссионной спектроскопии, в результате химического осаждения получены химические составы материалов, близкие к теоретическим. Введение Ag и Zn в цементные порошки привело к изменениям параметров решетки станфиелдита, что доказывает включение катионов в фазы фосфата кальция-магния. Эволюция микроструктуры цементных материалов установлена в зависимости от состава цементных жидкостей. Получены новые цементные материалы с временем схватывания 8 - 10 мин и плотной микроструктурой. Первые данные о влиянии Ag и Zn на диффузию в агар Escherichia coli показали больший диаметр зон ингибирования в случае замещения Ag по сравнению с чистым кальциево-магниево-фосфатным цементом и Zn-замещенными. Разработаны новые костные цементные материалы с (Ca+Mg)/P=1,67 и (Ca+Mg)/P=1,5. Исследована зависимость фазового состава и морфологии цементного порошка, а также свойств цементных материалов в зависимости от цементной жидкости. Цементные порошки характеризуются более низким содержанием оксида магния в случае (Ca+Mg)/P=1,67 и образованием только сложных фосфатов кальция и магния в случае (Ca+Mg)/P=1,5. Установлена эволюция фазового состава цементов на основе образования ньюберита и брушита и полного растворения оксида магния. Получены цементные материалы с плотной структурой и рН водного раствора на их основе 6,8 - 7,5. Согласно тесту диффузии в агар Escherichia coli, цементы с (Ca+Mg)/P=1,67 могут быть перспективными в качестве системы доставки лекарств для ванкомицина. В соответствии с биологической оценкой разработанных кальций-магниевых фосфатных цементов, а также Ag- и Zn-замещенных цементов in vitro на клеточной линии MG-63, материалы нетоксичны для клеток и перспективны для дальнейшего исследования in vivo.