Досліджено ефекти самоорганізації водно-органічних систем у природній кістковій тканині та продуктах її термічної деградації, що виявляються в утворенні системи нанорозмірних кластерів, до складу яких входять органічні речовини та молекули сильно- і слабоасоційованої води. Для даних матеріалів вивчено вплив температури та співвідношення концентрацій інгредієнтів на термодинамічні характеристики та розподіл за розмірами кластерів різних форм міжфазної води. Показано наявність впливу органічних розчинників на структурні й енергетичні параметри гідратного шару губчастої складової кісткової тканини людини і продуктів термічної деградації природного кісткового матеріалу. Розроблено математичну модель кінетики росту кристалів гідроксіапатиту, яка дозволяє проаналізувати вплив зміни концентрації вихідних реагентів і температури синтезу на розміри частинок.