Композиты биостекла/хитозана с теноксикамом для инженерии костной ткани: in vitro характеристика, пролонгированный высвобождение препарата и антимикробная активность

Заживление переломов с помощью «умных» материалов

Когда кость серьезно повреждена, врачам часто требуется больше, чем металлические пластины и винты. Нужно успокоить боль и отек, отбиться от скрытых микробов и стимулировать рост новой кости. В этом исследовании изучается единый «умный» материал, который пытается одновременно решать все эти задачи: мелкопористый, костеподобный каркас, который медленно высвобождает противовоспалительное средство, прочно взаимодействует со скелетом и препятствует размножению вредных бактерий.

Новый тип костной заплатки

Исследователи сосредоточились на сложной проблеме в ортопедии: крупных дефектах кости, которые болезненны, воспалены и подвержены инфекциям. Стандартные обезболивающие и антибиотики распространяются по всему организму и могут не достигать достаточных концентраций в самом месте повреждения. Команда поставила задачу создать локальную «костную заплатку», которая могла бы располагаться прямо в поврежденной зоне, поддерживать растущую ткань и доставлять лекарство равномерно в течение недель, оставаясь при этом биосовместимой.

Смешение стекла, природного сахара и обезболивающего

Созданный ими материал сочетает три ключевых компонента. Первый — биостекло, особый тип стекла, известный способностью прочно связываться с костью за счет образования тонкого минерализованного слоя, похожего на природные костные кристаллы. Второй — хитозан, биоразлагаемое вещество, получаемое из панцирей ракообразных, способное образовывать гибкие пористые структуры и обладающее мягким антимикробным действием. Третий — теноксикам, распространенный препарат для снижения боли и воспаления. С помощью химического метода, называемого сол‑гель процессом, команда внедрила разные количества теноксикама (1, 2 и 3 процента по массе) в смесь биостекла и хитозана, после чего полученные порошки пресовали в небольшие диски.

Испытания поведения «костной заплатки» в условиях, имитирующих организм

Чтобы смоделировать условия внутри организма, диски погружали более чем на месяц в среду, близкую по составу к плазме крови человека. С помощью современных методов исследовали, как меняется их поверхность. Спектроскопия и рентгеновские измерения показали, что на всех образцах быстро образуется слой гидроксиапатита — того же минерала, что составляет большую часть природной кости. Этот новый слой со временем становился более упорядоченным и обильным, особенно в образце с наибольшей загрузкой препарата. Снимки на электронном микроскопе выявили высокопористую поверхность с взаимосвязанными порами. Такая пористость критически важна: она позволяет биожидам, питательным веществам и клеткам, формирующим кость, проникать и закрепляться, что помогает имплантату интегрироваться с живой тканью.

Медленное, равномерное высвобождение лекарства и встроенная защита от микробов

Учёные также отслеживали, как теноксикам покидал диски в течение 33 дней. Все три варианта высвобождали препарат в три фазы: быстрый начальный выброс, средний период равномерного выхода и замедленная завершающая стадия. В целом кинетика приближалась к нулевому порядку, что означает почти постоянную скорость высвобождения — оптимально для поддержания стабильного контроля боли и воспаления без резких пиков и спадов. Образец с наибольшим содержанием препарата освободил и наибольшую суммарную дозу при сохранении контролируемого профиля. Параллельно материалы прессовали в небольшие таблетки и размещали на питательных чашках с бактериями. Композиты образовали четкие «зоны затихания» против как грамположительных, так и грамотрицательных штаммов, включая Staphylococcus aureus и Escherichia coli. Образец с максимальной загрузкой теноксикама продемонстрировал наибольший общий антибактериальный эффект.

Что это может значить для будущего восстановления костей

В совокупности результаты указывают, что эти композиты биостекло–хитозан с теноксикамом способны выполнять три функции одновременно: обеспечивать связь с костью за счет роста природного минерализованного слоя, служить длительным локальным источником обезболивания и противовоспалительного эффекта и помогать подавлять опасные бактерии вокруг раны. Хотя работа проводилась в лабораторных условиях, а не на пациентах, она указывает путь к будущим костным имплантатам, которые будут не просто пассивными заполнителями, а активными партнёрами в заживлении — поддерживая рост новой кости и в то же время целенаправленно доставляя лекарство туда, где это нужно больше всего.

Цитирование: El-khooly, M.S., Elkelish, A., Abdel-Aal, A.A. et al. Tenoxicam-loaded bioglass/chitosan composites for bone tissue engineering: in vitro characterization, sustained drug release, and antimicrobial activity. Sci Rep 16, 8258 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42389-z

Ключевые слова: инженерия костной ткани, каркас с высвобождением лекарства, композит биостекло‑хитозан, доставка теноксикама, антибактериальный биоматериал