Современные достижения в области интеллектуальных биоматериалов, реагирующих на стимулы, для лечения заболеваний костей и регенерации костной ткани

Дефекты костей, сочетающиеся с опухолями, инфекциями или другими заболеваниями костной ткани, представляют сложную клиническую проблему. Основными традиционными методами лечения являются аутологичная и аллогенная трансплантация, однако они могут приводить к ряду осложнений. Для решения этой проблемы были разработаны различные имплантируемые биоматериалы. Однако исходная патологическая микросреда в области костного дефекта — например, остаточная опухоль, тяжёлая инфекция или другое заболевание костной ткани — может дополнительно нарушать регенерацию кости. Поэтому существует большая потребность в рационально спроектированных универсальных биоматериалах, сочетающих функции лечения заболеваний костей и стимуляции регенерации. Для создания интеллектуальных материалов, реагирующих на стимулы и предназначенных для лечения заболеваний костей и регенерации, применяют многочисленные стратегии: используют внешние физические воздействия, сигналы эндогенной патологической микросреды или комбинации нескольких подходов. К типичным внешним физическим стимулам относятся световое облучение, электрические и магнитные поля, ультразвук и механические воздействия. Эти стимулы способны изменять внутреннюю упаковку атомов в материале и влиять на судьбу клеток, тем самым усиливая терапевтическое воздействие на костную ткань и её регенерацию. Помимо стратегий, основанных на реакции на внешние стимулы, для активации лечения заболеваний костей и регенерации можно использовать определённые патологические характеристики микросреды: избыток активных форм кислорода и умеренную кислотность в опухолях, снижение pH и ферменты, секретируемые бактериями при тяжёлой инфекции, а также электроотрицательный потенциал в области костного дефекта. В настоящем обзоре обобщены и рассмотрены принципы рационального создания универсальных биоматериалов, сочетающих терапевтические и регенеративные функции для костной ткани. Также подробно разобраны механизмы действия, клиническое применение и существующие ограничения недавно разработанных биоматериалов.