Кальция гидроксиапатит

Химические свойства

Гидроксиапатит кальция представляет собой неорганический основной компонент костной ткани. Кости примерно на половину состоят из этого вещества, эмаль зубов на 96% состоит из Гидроксиапатита. Это мелкодисперсный белый или бело-желтый порошок. Производится из морских кораллов Porites . Вещество химически инертное, благодаря чему его активно применяют в стоматологии, хирургии и травматологии. Гидроксиапатит кальция в косметологии используют в качестве средства против морщин и других возрастных изменений кожи.

Вещество выпускают в виде пасты, гранул, суспензии и порошка, оно входит в состав различных БАДов.

Фармакологическое действие

Остеогенное.

Фармакодинамика и фармакокинетика

Гидроксиапатит биологически совместим с тканями человека, не отторгается и не рассасывается в организме. Вещество стимулирует процессы образование здоровой костной ткани. Обычно, после использования вещество полностью замещается костными тканями.

Показания к применению

У Гидроксиапатита достаточно широкая область применения:

• в качестве средства для стимуляции остеогенеза в пластической и челюстно-лицевой хирургии, стоматологии и травматологии;
• для заполнения недостающих элементов костной ткани, в том числе после ликвидации секвестров , ранений, переломов, после пластических операций;
• в качестве имплантата, при эндопротезировании;
• при ;
• в виде внутрикожных инъекций для разглаживания морщин;
• как наполнитель для зубной пломбировочной пасты после удаления кисты, при , после резекции, при глубоком ;
• для заполнения пустого места в корневых каналах.

Противопоказания

Средство не применяется при индивидуальной непереносимости.

Побочные действия

Побочные реакции на данное вещество не наблюдаются.

Инструкция по применению (Способ и дозировка)

Гидроксиапатит можно смешивать с физиологическим раствором , этиленгликолем , масляным р-ом . Порошок смешивают с соблюдением правил септики до пастообразного состояния. Использовать приготовленное лекарство можно в течение 2 минут после приготовления.

Лекарство в виде гранул применяют для заполнения карманов, образующихся при пародонтите . Предварительно подготовленный карман плотно заполняют гранулированным Гидроксиапатитом.
Готовую пасту можно вводить в травмированную кость после удаления измененных либо некротизированных тканей. Затем следует аккуратно, послойно зашить мягкие ткани.

Пасту и суспензию используют в соответствии с рекомендациями, указанными в инструкции.

В косметологии применяют водный раствор, его вводят методом внутрикожных инъекций.

Передозировка

Данные ограничены.

Взаимодействие

Лекарственное средство не вступает во взаимодействие с другими препаратами.

Условия продажи

Безрецептурный отпуск.

Особые указания

Если имеется необходимость, можно стерилизовать вещество в сухожаровом шкафу при температуре 150 градусов Цельсия, 10-15 минут. Процедуру можно повторять неограниченное число раз.

Препараты, в которых содержится (Аналоги)

Вещество выпускается различными торговыми марками, например Белост и Кергап. Входит в состав БАДов: Кальцимакс , Элемвитал с органическим кальцием, Bone Strength и так далее.

В последнее время очень много говорят об уникальном наполнителе в филлерах –гидроксиапатите кальция. Столкнувшись с непонятным термином, многие пациенты предпочитают обходить его стороной, не пытаясь вникнуть в суть. А ведь этот препарат пророчат в лидеры среди филлерных наполнителей.

Гидроксиапатит кальция – это неорганический компонент, присутствующий в нашем организме и являющийся основным компонентом нашей костной ткани. Он входит в состав костей, в клеточный и бесклеточный цемент и эмаль зубов. Выделяют его из кораллов рода Porites, которые добывают в море.

Совершенно безопасен для человека и инертен к его тканям. По этой причине получил широкое применение в медицине: стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, ортопедии. В косметологии используется как наполнитель в филлерах для восполнения утраченных объемов.

Гидроксиапатит кальция в биологических тканях организован в кристаллические структуры. Используют его в микросферах в виде белых кристалликов. Как утверждают производители, гидроксиапатит кальция стимулирует синтез коллагена в коже. Спустя некоторое время гидроксиапатит кальция полностью выводится из организма, а улучшение кожных характеристик продолжается.

Зачем используют гидроксиапатит кальция?

Принято считать, что именно морщины являются первым признаком старения кожи, но это не совсем так. Морщины действительно считаются серьезным признаком увядания кожи, но существует более явственный признак, делающий кожу по-настоящему возрастной. Это утраченные объемы. Что это значит? Это значит, что по мере старения, кожа теряет упругость и попросту «сползает» вниз.

В молодости плотность кожи концентрируется в верхней части лица в области скул. Она выглядит упругой и подтянутой. С годами кожа теряет былую упругость и эластичность, и весь объем перемещаться с верхней части лица в нижнюю ее часть в область подбородка. Этот процесс называется деформационным птозом. Почему происходит деформация лица? Существует несколько факторов, способствующих этому процессу:

• гравитация;
• разрушение коллагеновых и эластических волокон;
• уменьшение синтеза гиалуроновой кислоты;
• сокращение фибробластов в соединительной ткани.

В результате кожа становится дряблой, неэластичной, с плохим тургором, и «поплывшим» овалом лица. И самое главное лицо становится старым и усталым, а его выражение вечно скорбным и печальным. Выходит, что устранение только морщин или только носогубных складок не даст омоложение лица в той мере, в какой оно действительно считается молодым: с объемом, хорошим тургором и упругостью тканей.

Современным женщинам несказанно повезло. Теперь можно восполнить кожные объемы, не прибегая к радикальным мерам былых времен. И здесь главенствующая роль отводиться гидроксиапатиту кальция. В основном филлеры на основе гидроксиапатита кальция применяются для восполнения утраченных объемов. В этом случае им нет равных. Но в отличие от филлеров на основе гиалуроновой кислоты, они не способствуют гидратации кожи и не восстанавливают обменные процессы в ней.

Преимущество филлеров на основе гидроксиапатита кальция

Филлеры на основе гидроксиапатита кальция имеют свои преимущества. На данный момент это востребованный компонент в филлерах, а популярность процедуры на его основе растет с каждым днем. Какие это преимущества?

Во-первых, гидроксиапатит кальция – это биодеградируемый препарат. Это значит, что он по истечению срока действия выводится из организма.

Во-вторых, гидроксиапатит кальция входит в состав нашего организма. То есть для организма он не является «чужаком», который может вызвать отторжение препарата или аллергическую реакцию. Он полностью биосовместим с нашими тканями. Хотя риск возникновения аллергических реакций все же существует, поведение организма иной раз непредсказуемо, но этот риск минимален.

В-третьих, он запускает синтез эндогенного коллагена.

В-четвертых, филлеры с гидроксиапатитом кальция имеют более продолжительный эффект. По сравнению с филлерами гиалуроновой килоты, срок действия гидроксиапатита кальция вдвое больше.

Механизм действия гидроксиапатита кальция

Как было сказано выше, гидроксиапатит кальция вводится в организм в виде микросфер. Наряду с ним вводится и гель-носитель. После введения препарата в кожу, гель-носитель моментально разглаживает морщины. Морщина – это углубленная борозда на коже.

Когда вводят филлер, то морщина приподнимается за счет геля-носителя, который заполняет полость под ней. Желеобразная структура геля не позволяет морщине вернуться в ее исходное положение.

Таким образом, морщинка разглаживается, а кожа вокруг нее становится упругой. Спустя некоторое время, макрофаги (клетки организма, пожирающие бактерии, чужеродные для организма частицы и токсины) поглощают гель-носитель. Остаются микросферы гидроксиапатита кальция, которые формируют новый коллаген. Коллаген в свою очередь формируют новый кожный матрикс, который обволакивает микросферы.

Так им образом, образуется новая структура из соединительной ткани, которая действует почти два года. Образование новой соединительной структуры дает хороший долгий эффект от процедуры.

Что могут исправить филлеры с гидроксиапатитом кальция

Спектр применения филлеров достаточно широк. С их помощью:

• восполняют утраченные объемы (на скулах, подбородке, щеках);
• заполняют носогубные складки;
• устраняют морщины марионетки в области рта;
• корректируют овал лица;
• позволяют произвести коррекцию кистей рук.

Побочные эффекты и осложнения

Сразу отметим, что филлеры на основе гидроксиапатита кальция являются совершенно безопасными. Трехлетние исследования полностью подтвердили их надежность. Противопоказаний практически нет, кроме, индивидуальной непереносимости к препарату. Аллергические реакции чаще всего развиваются у аллергиков.

Перед процедурой следует обязательно провести кожные тесты на предмет выявления аллергии, так как иной раз сами пациенты не всегда догадывается о наличие у них подобной непереносимости.

Побочные эффекты совсем незначительные и проявляются классическим образом:

• отеки;
• микрогематомы в местах проколов;
• синяки.

В течение нескольких дней все побочные эффекты полностью исчезают сами собой. С осложнениями все не так просто, сами по себе они не исчезают. Для их устранения иной раз прибегают к медицинскому вмешательству. Чаще всего осложнения говорят о низкой профессиональной подготовке врача-косметолога. Какие осложнения могут быть?

• в месте введения на лице могут образоваться белые полосы. Обычно такое случается из-за недостаточно глубокого введения филлера;
• введение препарата в местах непредназначенных для этого вида филлеров (например, губы, слезная борозда) В результате этого могут возникнуть комки на кожи, ее неровности и даже развитие асимметрии;
• проступание геля под кожей (эффект Тиндаля). Также происходит в результате неглубокого введения препарата, или не в тот слой кожи;
• развитие на лице бактериальной инфекции в случае грубейших нарушений мер септики и антисептики;
• образование сгустков геля в местах введения препарата и формирование гранулем.

Профессионализм и мастерство врача-косметолога заключается в соблюдении точной технике инъекций. Они способны минимизировать побочные эффекты и осложнения.

/ минерал Гидроксилапатит

Гидроксилапатит - минерал, фосфат кальция из группы апатита надгруппы апатита. Гидроксильный аналог фторапатита и хлорапатита, фосфатный аналог джонбаумита. Гексагональной полиморф клиногидроксилапатита.
Растворим в HCl и HNO3.
Гидроксилапатит как биоминерал
До 50 вес.% костей состоят из специфической формы гидроксиапатита (известен как костная ткань). Гидроксиапатит является основным минеральным компонентом зубной эмали и дентина (нестехиометрический гидроксилапатит с кристаллами в форме пластин размерами 40х20х5 нм и осью "с" кристаллической структуры, лежащей в плоскости кристалла). Кристаллы гидроксилапатита находятся в небольших кальцификатах живых организмов (в шишковидной железе и других органах). Также входит в состав патогенных биоминералов (зубных, слюнных, почечных камней и др.).
Актуально создание биоматериалов на основе гидроксилапатита для замены поврежденной костной ткани и тд. Он часто используется в качестве наполнителя вместо ампутированной кости или в качестве покрытия для содействия костного врастания в протез имплантатов (на многие другие фазы, пусть и с аналогичным или даже идентичным химический составом, организм реагирует совсем по-другому). Показано, что не только химический состав, но и морфология синтетических кристаллов гидроксилапатита является важной характеристикой, определяющей отклик организма на чужеродный материал (Puleo D.A., Nanci A., 1999).

рассказать об ошибке в описании

Свойства Минерала

Цвет	белый, зеленый, сине-зеленый, голубой, фиолетовый, редко красный
Цвет черты	белый
Происхождение названия	Назван как гидроксильный конечный член группы апатита, и от греческого apatao - вводящий в заблуждение
IMA статус	действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)
Химическая формула	Ca5(PO4)3(OH)
Блеск	стеклянный жирный
Прозрачность	прозрачный полупрозрачный
Спайность	весьма несовершенная по {0001} весьма несовершенная по {1010}
Излом	раковистый неровный
Твердость	5
Термические свойства	Под п. тр. с трудом сплавляется по краям
Strunz (8-ое издание)	7/B.39-30
Hey"s CIM Ref.	19.4.2
Dana (8-ое издание)	41.8.1.3
Молекулярный вес	502.31
Параметры ячейки	a = 9.41Å, c = 6.88Å
Отношение	a:c = 1: 0.731
Число формульных единиц (Z)	2
Объем элементарной ячейки	V 527.59 ų
Двойникование	Редко двойники срастания по {1121}
Точечная группа	6/m - Dipyramidal
Пространственная группа	P63/m
Плотность (расчетная)	3.16
Плотность (измеренная)	3.14 - 3.21
Показатели преломления	nω = 1.651 nε = 1.644
Максимальное двулучепреломление	δ = 0.007
Тип	одноосный (-)
Оптический рельеф	умеренный
Форма выделения	в виде призматических кристаллов и игл, реже отмечаются короткостолбчатые или таблитчатые кристаллы. Главные простые формы: (1010), (1120), (0001), (10l2}, {1011}, (1121}, (2021), (3142} и др
Классы по систематике СССР	Фосфаты, арсенаты, ванадаты

Вот такая статья и фото гуляют уже некоторое время по интернету, читаем:

Революцию в области гигиены рта совершает японский ученый Каузе Ямагаши. Он изобрел зубную пасту, которая быстро и безболезненно восстанавливает зубную эмаль, заделывает дырки и трещины в зубах. И все это без помощи стоматологов! Состав пасты был получен в результате экспериментов с гидроксил-апатитом - главным компонентом зубов - и он схож с составом зубной эмали.

Пасту можно наносить сразу на поврежденный участок зуба. Сначала содержащаяся в веществе кислота слегка растворяет поверхность треснувшей эмали. Спустя три минуты паста кристаллизуется и искусственный материал прочно встраивается в структуру естественной эмали.

Тесты, проведенные японскими стоматологами, показывают, что залеченный с помощью такой пасты зуб ничем не отличается от здорового. Разница не видна даже под микроскопом.

А что же на самом деле?

Начнем с того, что на картинке чёрная корейская паста Charcle с активированным углем (для устранения запаха изо рта)

Вот что пишут на одном из форумов:

В последнее время по рунету пролетела серия статей про зубную пасту с гидроксиапатитом. Фото везде правда были чёрной корейской пасты. Это и сподвигло на заказ в Японии пасты Adguard. На eBay быстро найдены продавцы такой пасты с бесплатной доставкой и ценой 15$. С доставкой соврал = 3,6$
Итак, заказ 1.03 получена на почте 27.03. Меньше месяца, что считаю достаточно быстро. Цена аналога в России 1150р.
Паста пришла мелким пакетом.
Упаковка выше всяких похвал. Сама паста переложена гофрокартоном и завёрнута в пузырку
Паста кстати белая….
А теперь немного подробнее о самой пасте и фирме производителю:

Hydroxyapatite SP-1 - минерал природного происхождения, ячейка его кристалла включает в себя две молекулы.

Примерно 70% твердого основного вещества кости образовано неорганическими соединениями, главным компонентом которых является неорганический минерал гидроксиапатит. Лишенный примесей, он является основным минералом в составе зубной эмали и дентина.

Гидроксиапатит является основным минералом костной ткани и твердых тканей зуба. Керамика на его основе не вызывает реакции отторжения и способна активно связываться со здоровой костной тканью. Благодаря этим свойствам, гидроксиапатит может успешно использоваться при восстановлении поврежденных костей, а также в составе биоактивного слоя для лучшего врастания имплантата.

Обменные реакции на поверхности зуба

Белизна наших зубов зависит от цвета дентина, именуемого еще цветом «слоновой кости». Дентин - это обызвествленная ткань зуба, образующая его основную массу и определяющая его форму. Поверх дентина располагается эмаль - самая твердая ткань организма, защищающая дентин и пульпу зуба от воздействия внешних факторов. Красота наших зубов зависит от состояния эмали. Эмаль здорового зуба полупрозрачна, ее цвет приближен к истинному цвету слоновой кости. Когда эмаль покрывается зубным налетом и пятнами, подвергается резкому механическому воздействию, а также в результате нарушения равновесия между процессами деминерализации и реминерализации, поверхность зуба становится матовой и мутной, а сам зуб нуждается в профессиональном лечении.

Основная составляющая дентина (70%) и эмали (97%)– гидроксиапатит - это биологический фосфат кальция и третий по объему компонент нашего организма (после воды и коллагена). Человеческая слюна, в состав которой входит большое количество ионов кальция и фосфат ионов, является своего рода насыщенным раствором гидроксиапатита. Она защищает зубы, нейтрализуя кислоты зубного налета, и восполняет потерю минералов при деминерализации.

После попадания сахара в полость рта бактерии, находящиеся в зубном налёте, превращают сахар в кислоту, а pH налета резко снижается. Пока этот показатель остается в кислотном диапазоне, и жидкости налета недонасыщены по сравнению с минералами зуба, кислоты, произведенные бактериями, диффундируют сквозь налет и внутрь зуба, вымывая кальций и фосфор из эмали. Происходит деминерализация.

Между периодами образования кислот щелочные буферы, присутствующие в слюне, диффундируют в налет и нейтрализуют присутствующие кислоты, что приостанавливает потерю кальция и фосфора. Происходит реминерализация.

Реминерализация происходит между периодами деминерализации.

Деминерализация

Реминерализация

В идеале, когда эти процессы, протекающие на зубной поверхности, находятся в динамическом равновесии, потери минералов не происходит. Но при избыточном образовании налета, пониженном слюноотделении, приеме пищи, богатой углеводами, баланс полностью смещается в сторону деминерализации. Как следствие, происходит разрушение зуба.

Известно, что на ранней стадии деминерализации, или стадии «белого пятна», развитие кариеса можно предотвратить засчет своевременного поступления необходимого количества минералов. В итоге формируются полноценные ткани зуба, стабилизирующие дальнейшее развитие заболевания и его осложнения.

Инновация на рынке средств по уходу за полостью рта

В 1970 году для удовлетворения потребностей населения компания Sangi Co., Ltd разработала реминерализующую зубную пасту, содержащую наночастицы гидроксиапатита. Впервые ее производство было запущено в 1980 домом Apagard, продажи составили свыше 50 миллионов тюбиков. Затем были проведены расширенные лабораторные испытания активных ингредиентов зубной пасты, после чего в 1993 году гидроксиапатит одобрили в Японии в качестве антикариесного агента. Его назвали медицинским гидроксиапатитом, чтобы отличать от других видов гидроксиапатита (стоматологических абразивов).

Размеры частиц гидроксиапатита, производимого компанией Sangi, измерялись в нанометрах (преимущественно 100 nm и выше). В 2003 г усовершенствованная технология получения гидроксиапатита позволила получать гидроксиапатит с частицами меньшего размера (20-80 nm)

Лабораторные тесты продемонстрировали их большую реминерализующую способность в отношении зубной эмали. (1 нанометр = 0,000001 миллиметра)

Реминерализующие зубные пасты и продукты по уходу за полостью рта c медицинским наногидроксиапатитом, разработанные компанией Sangi, подразделяются на два основных вида:

Впервые Sangi проявил серьезный интерес к гидроксиапатиту после получения от NASA в 1970 году патента на его использование. Третий основной компонент нашего организма после воды и коллагена, гидроксиапатит широко используется в медицине и стоматологической практике, благодаря отличной биосовместимости. Как материал, восстанавливающий костную ткань, он применяется в стоматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии при пересадке костей и вживлении имплантатов. Гидроксиапатит добавляется также в парфюмерно-косметические и пищевые изделия, преимущественно в зубные пасты.

На сегодняшний день средства по уходу за полостью рта - основной источник доходов компании, хотя гидроксиапатит входит и во многие другие выпускаемые ими продукты: пищевые добавки, косметические ингридиенты, а также адсорбенты для хроматографического анализа и других исследований.

Приоритетное направление их деятельности - разработка продуктов. И вот уже более 30 лет компания Sangi сосредотачивает свое внимание на научных исследованиях и разработках, тщательно оберегая свой патент. В их распоряжении - более 70 одобренных патентов, касающихся разных сфер применения, еще около сотни находится на стадии рассмотрения в Японии и других странах. В настоящий момент компания Sangi является крупнейшим производителем гидроксиапатита в мире.

Реальную эффективность всего этого конечно надо смотреть на практике применения и опыте. Поройтесь в интернете, почитайте что пишут. Я вообще скептически отношусь ко всяким там видам паст, шампуней и т.п. Зачастую бывает, что это как минимум безопасно и то хорошо, а уж до всяких там уникальных свойств... Вот вам еще немного разоблачений: вот например , а вот и действительно ли А вот говорят, что и вот это Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Заболевания, связанные с повышенной скоростью деградации костной ткани у пожилых людей, все острее ощущаются населением. Во многом это связано с увеличением продолжительности жизни вообще и состариванием так называемого «золотого миллиарда». Новые материалы на основе фосфатов кальция, пригодные для имплантации больным остеопорозом, могут частично решить эту проблему.

Современная наука ставит одной из главных своих целей продление длительности человеческой жизни. Разрабатываются новые методы лечения заболеваний, облегчается жизнь стариков, многие болезни, считавшиеся неизлечимыми ранее, практически полностью побеждены человечеством. Однако некоторые возрастные изменения заложены в организм генетически, и обычными методами с ними бороться практически невозможно.

Заболевания костной ткани занимают одну из первых строчек в рейтинге наиболее часто встречающихся у пожилых людей проблем. С возрастом нарастает потеря массы кости. Особенно от этого страдают женщины - из-за более активного вымывания из организма катионов кальция, служащего основой нашего скелета. Потеря массы костной ткани может достигать 40% у женщин старше 70 лет !

Это заболевание называется остеопорозом . Пораженные им кости становятся хрупкими, с трудом справляясь с возложенной на них нагрузкой. В случае перелома срастаться такая кость будет значительно дольше, чем здоровая. Как уже упоминалось выше, главной причиной таких изменений является постепенное вымывание кальция из организма. На протяжении всей жизни у нас в организме происходят два равновесных процесса: непрерывное образование новой костной ткани и резорбция (растворение) старой. К старости равновесие смещается в сторону резорбции, и новая ткань просто не успевает занять место растворенной. А избыток катионов кальция, являющегося основным продуктом этого процесса, выводится из организма естественным путем.

Что же представляет собой человеческая кость? На рисунке 1 схематически изображено строение кости человека. Основа состоит из композита (материала, составленного из других материалов и обладающего свойствами, отличными от свойств «родителей»), представляющего собой кристаллы нестехиометрического гидроксилапатита с химической формулой:

Ca 10−x−y/2 (HPO 4) x (CO 3) y (PO 4) 6−x−y (OH) 2−x ,

Таким образом, полная замена кости на искусственный материал нежелательна. Наиболее предпочтительным путем к регенерации костной ткани на сегодняшний день стала замена поврежденной части ткани на биоактивный протез, который срастется с окружающими тканями, затем ускорит естественную регенерацию и постепенно растворится без следа, оставив на костном дефекте новую ткань.

Рисунок 2. Индивидуальный протез фрагмента нижней челюсти для больного саркомой нижней челюсти. Протез изготовлен из полимера и гидроксилапатита.

Традиционно в ортопедии для этих целей применяется гидроксилапатит . Стехиометрически гидроксилапатит (далее для краткости мы будем называть его ГАП) наиболее приближен по составу к минеральной составляющей кости (по сравнению с другими фосфатами кальция). Его формула:

Что собой представляет гидроксилапатит?

Долгое время считалось, что гидроксилапатит Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 - идеальный в плане биосовместимости материал для восстановления поврежденных костей и зубов. Первая документированная попытка использовать ГАП в качестве остеозамещающего материала относится к 1920-м годам. Однако успешное применение ГАП в указанных целях совершилось только через 60 лет. Гидроксилапатит прекрасно совместим с мускульной тканью и кожным покровом; после имплантации он может напрямую срастаться с костной тканью в организме. Высокая биосовместимость гидроксилапатита объясняется кристаллохимическим подобием искусственного материала костному «минералу» позвоночных.

Название минерала происходит от греческого «апатао» - обманываю, поскольку красиво окрашенные природные разновидности апатитов часто путали с бериллами и турмалином. Несмотря на очень широкий спектр окраски природных апатитов, вызванных различными примесями, низкая твердость (он является эталоном значения 5 по 10-балльной шкале Мооса) не позволяет рассматривать его как полудрагоценный поделочный камень.

Известно, что костный минерал содержит в заметном количестве (~8% по массе) карбонат-ионы; существует также природный минерал сходного состава - даллит. Считается, что карбонат-ионы могут занимать две разные позиции в структуре ГАП, замещая гидроксил и/или фосфат-ионы с образованием карбонатгидроксилапатита (КГАП) А- и Б-типа, соответственно. Апатит биологического происхождения относится к Б-типу. Замещение фосфат-ионов карбонат-ионами приводит к уменьшению размеров кристаллов и степени кристалличности ГАП, а это сильно затрудняет исследование природных биоминералов. Увеличение доли карбонат-ионов в составе гидроксилапатита вызывает закономерные изменения в равновесной форме кристалла. Игольчатые кристаллы «сплющиваются» до пластин, которые очень похожи на кристаллиты существующего в организме апатита . Таким образом, внесением в синтезируемый минерал небольшой доли карбонат-ионов можно получить материал, аналогичный биогенному и по химическому составу, и геометрически.

Важной характеристикой ГАП является стехиометрия его состава, которую принято выражать соотношением Ca/P. Переменный состав вызван тем, что при синтезе ГАП из раствора нельзя защититься от ионов H 3 O + и HPO 4 2 − , которые могут замещать соответственно ионы Са 2+ и РО 4 3 − в кристаллической структуре гидроксилапатита.

Как используется гидроксилапатит?

Существуют различные методы синтеза гидроксилапатита. Их можно условно разделить на высоко- и низкотемпературные. Высокотемпературные методы не представляют для нас большого интереса, так как полученные таким образом материалы практически не биоактивны. Низкотемпературные методы можно разделить на две большие группы: гидролиз (в том числе так называемые гидротермальные методы синтеза) и осаждение из раствора . Интересен так же комбинированный метод так называемого золь–гель синтеза . В нем сухой остаток геля подвергается разложению при относительно невысокой температуре 400–700 °С (по сравнению с высокотемпературным синтезом). Материалы, полученные таким образом, представляют собой твердую, пористую керамику, по химическому составу и физическим свойствам напоминающую минерал кости.

Как реагирует организм на кальций-фосфатную керамику?

Биоактивность - комплексная характеристика совместимых с организмом материалов, учитывающая, помимо воздействия на биологические процессы роста и дифференциации клеток, также:

• скорость растворения материала в средах, создаваемых определенными группами клеток (биорезорбируемость);
• скорость осаждения материала из межтканевой жидкости на поверхность материала.

Среди требований, которые предъявляются к биоактивным материалам, применяемым в медицинской практике для восстановления целостности костной ткани, на первом месте стоят относительно высокая скорость растворения (порядка десятков мкм в год) - так называемая биорезорбируемость . Активную роль в биохимических реакциях, протекающих на границе раздела кость/имплантат с участием клеток специфических для процесса остеосинтеза, играет поверхность. Говоря о скорости резорбции материала, находящегося в межтканевой жидкости, принято сравнивать новые материалы с уже используемыми в медицине - керамикой на основе гидроксилапатита или β-трикальцийфосфата. Крупнокристаллическая керамика на основе ГАП резорбируется медленно, так что включения искусственного материала можно обнаружить в кости и через много лет. Керамика, полученная с использованием β-Ca 3 (PO 4) 2 , растворяется столь быстро, что растущая кость не успевает заполнить образующиеся полости. Скорость растворения материала зависит от множества факторов: площади поверхности, строения, состава, дефектности материала. Эти характеристики определяют отклик организма на инородный имплантат. Биоактивные материалы характеризуются быстрым срастанием с костной тканью через образование промежуточного слоя ГАП, образующегося двумя возможными путями:

1. Растворение фосфата кальция - осаждение гидроксилапатита.
2. Осаждение ГАП из пересыщенного раствора в тканевой жидкости.

Важная процедура оценки биоактивности подразумевает тестирование in vivo . Это дорого и долго, а также сопряжено с риском. Однако ведется активная разработка методик, позволяющих уже на раннем этапе доклинических испытаний ранжировать материалы по степени биоактивности в ходе относительно простых экспериментов in vitro , моделирующих процессы в организме человека - растворение материала и осаждение ГАП на поверхности материала из растворов, подобных жидкостям организма.

Исследование биоактивности материалов проводят с использованием раствора, имитирующего ионный состав межтканевой жидкости человека. Компактные образцы исследуемого материала помещают в раствор на несколько суток при 37 °С. Процесс осаждения карбонатгидроксилапатита из модельного раствора на поверхность материала контролируют методами рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии и растровой электронной микроскопии.

Существует необходимость регулировать биорезорбируемость искусственных материалов, в зависимости от их назначения. Такая возможность существует благодаря различию свойств материалов с разным составом. Чтобы сделать образец более резорбируемым, нужно увеличить долю карбонат- и силикат-ионов в кристаллической решетке материала.

Рисунок 3. Ажурный слой частично резорбированной керамики. Снимок со сканирующего электронного микроскопа. Здесь изображен фрагмент материала, подвергнутый растворению в модельном растворе in vitro . Справа можно увидеть, каким был материал до начала резорбции.

Наилучшую биоактивность в таких исследованиях проявляет кремнийсодержащий материал. На его поверхности образуются силанольные (-SiOH) группы, активно участвуя в минерализации внешнего слоя имплантата. Такой материал интенсивно обменивается ионами с раствором: силанольные группы прочно связывают ионы кальция, способствуя формированию слоя аморфного фосфата кальция на поверхности, расслоение и кристаллизация которого приводит к образованию ажурного слоя, состоящего из частиц ГАП размером ~10 нм (рис. 3). Различия в толщине такого слоя могут служить мерой биоактивности материала: чем он толще, тем проще кость будет встраивать этот материал в свою структуру.

Еще одним из важнейших свойств современных имплантационных материалов является остеоиндуктивность - способность поддерживать жизнедеятельность остеобластов и стимулировать эктопическое (вне кости) образование костной ткани de novo . Это важнейшее свойство для искусственных имплантов. Дело в том, что для инициации костеобразования вокруг импланта необходимо микроокружение частицами живой кости. Вновь образующаяся кость постепенно срастается с окружающими имплантированными частицами, «перескакивая» с одной на другую.

Считается, что наиболее активным с точки зрения остеосинтеза является аморфная модификация гидроксилапатита. Однако в достаточной степени кристалличный ГАП с размерами кристаллитов, приближающимися к размерам кристалла в костной ткани (20–40 нм 3), может показывать результаты на порядок выше аморфных цементов, использующихся в настоящее время .

Биоинертные материалы никак не влияют на процесс остеосинтеза. На поверхности изготовленных из них имплантатов происходит образование фиброзной ткани, препятствующей образованию связи имплантата с костью. Существует значительная вероятность отторжения таких материалов организмом, часто сопровождающегося воспалительными процессами. Тем не менее, полностью отказаться от этих материалов пока нельзя, поскольку они дешевы и легки в обработке. Основные проблемы, которые решаются при проектировании имплантатов из биоинертных материалов, - приближение упругих характеристик имплантата к характеристикам кости, а также снижение скорости коррозионных процессов.

В отличие от биоинертных синтетических материалов на основе полимеров и металлов, керамика на основе фосфатов кальция биосовместима и биоактивна, а значит, является наиболее перспективным материалом для костных имплантатов. Главным ее недостатком является хрупкость. Пока что наилучшим выходом является применение композитов из покрытых кальцийфосфатной керамикой металлов или полимеров (рис. 4). Они хорошо обеспечивают интеграцию материала в костную ткань, не позволяя образовываться фиброзной ткани вокруг биоинертного металла. Со временем протез очень прочно срастется с окружающей костью, которая заменит слой ГАПа. Процент отказа таких протезов значительно ниже, чем у металлических и пластиковых аналогов.

Рисунок 4. Покрытие из биоактивной керамики на протезе тазобедренного сустава. а - Пористая структура керамического покрытия. б - Рентгеновский снимок протеза, имплантированного на место тазоберенного сустава. Сам протез изготовлен из титана и полимеров.

Как придать ГАПу новые свойства?

Не все свойства, необходимые для протезирования, заложены в гидроксилапатит природой. Однако какие-то терапевтические эффекты к материалам можно добавить, усложняя состав композита дополнительными веществами. Однако это не очень удобно, так как усложнит клинические испытания, да и разрабатывать такой материал значительно труднее. Но можно добиться прогресса и получить уникальные свойства, незначительно модифицируя состав и вводя в решетку гидроксилапатита примеси других катионов и анионов. Изменяя состав керамики, можно варьировать ее прочность, размер и форму кристаллитов, скорость растворения и множество других параметров.

Модифицировать кальций-фосфатную керамику можно введением множества компонентов. Возможности для выбора такого модификатора (легирующего компонента) довольно широки: в зависимости от размеров замещаемого иона можно менять состав как на доли, так и на десятки процентов. Например, малые концентрации ионов кремния активируют регенерацию костной ткани, играя роль антигена для соответствующих клеток.

Интересны, например, биологические свойства катионов лантаноидов . Применение ионов лантаноидов в пероральных препаратах ограничено их низкой способностью проходить сквозь стенки желудка и кишечника. Для улучшения доступности катионов лантаноидов можно использовать липофильные оболочки комплексов. Вещества, способные проникать сквозь клеточные мембраны, называются ионофорами . (Подробнее о них можно прочитать в статье «Неизвестные пептиды: „теневая“ система биорегуляции » .) Такая оболочка позволит им проникать сквозь мембрану клетки. Этот метод доставки ионов в остеобласты может стать принципиально новым подходом к лечению целого ряда заболеваний кости.

Благодаря высокому сродству к фосфатам лантаноиды прочно связываются в структуре минералов, составляющих основу костной ткани, не нарушая при этом их структуру. Лантаноиды способны даже замещать кальций в костях, параллельно подавляя развитие клеток, отвечающих за разрыв и резорбцию костной ткани. Эта способность «подражать» функциям ионов кальция позволяет рассматривать лантаноиды в качестве компонента для терапии заболеваний кости.

Частичный обмен катионов кальция на катионы лантаноидов открывает широкие перспективы для целого ряда различных материалов на основе фосфатов кальция. С помощью лантаноидов можно влиять на физические свойства получаемой керамики, регулировать скорость резорбции и даже использовать этот материал как препарат для лечения остеопороза.

На практике ГАП используют в виде цемента или пористых вкладок для заполнения трещин, каверн и других дефектов в ортопедии и челюстно-лицевой хирургии. В виде пленки его наносят на протезы из других материалов (чаще всего металлических или полимерных) для снижения риска отторжения и лучшей фиксации за счет образования новых тканей вокруг протеза. Как правило, это протезы тазобедренного сустава и различные зубные протезы.

Разумеется, искусственно синтезированный гидроксилапатит далек от идеала, и в качестве материала для имплантации при создании полноценных протезов крупных костей или суставов его пока использовать нельзя. Но использование его замечательных свойств, таких как сравнительно простое регулирование состава и морфологии кристаллитов, биоактивность и способность ускорять естественную регенерацию, позволяет делать на его основе препараты для исправления и профилактики костных дефектов уже сейчас. А это значит, что в обозримом будущем мы сможем значительно упростить лечение остеопороза, ускорить излечение переломов, а, возможно, даже и возвращать утраченные конечности с помощью искусственных костей.

Литература

1. Larry L. Hench. (2005). Bioceramics . Journal of the American Ceramic Society . 81 , 1705-1728;
2. Вересов А.Г., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. (2000). Достижения в области керамических материалов. «Рос. Хим. Журн.» 6 , 32–46;
3. Larry L. Hench. (2006). The story of Bioglass® . J Mater Sci: Mater Med . 17 , 967-978;
4. Дорожкин С.В. и Агатопоулус С. (2002). Биоматериалы: Обзор рынка. «Химия и жизнь» . 2 , 8;
5. E. D. Eanes, A. W. Hailer. (1998). The Effect of Fluoride on the Size and Morphology of Apatite Crystals Grown from Physiologic Solutions . Calcif Tissue Int . 63 , 250-257;
6. Qinghong Hu, Zhou Tan, Yukan Liu, Jinhui Tao, Yurong Cai, et. al.. (2007). Effect of crystallinity of calcium phosphate nanoparticles on adhesion, proliferation, and differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells . J. Mater. Chem. . 17 , 4690;
7. Cheri A. Barta, Kristina Sachs-Barrable, Jessica Jia, Katherine H. Thompson, Kishor M. Wasan, Chris Orvig. (2007). Lanthanide containing compounds for therapeutic care in bone resorption disorders . Dalton Trans. . 5019;
8. Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции ;
9. G. Renaudin, P. Laquerrière, Y. Filinchuk, E. Jallot, J. M. Nedelec. (2008). Structural characterization of sol–gel derived Sr-substituted calcium phosphates with anti-osteoporotic and anti-inflammatory properties . J. Mater. Chem. . 18 , 3593.