Томские ученые создали многофункциональные покрытия костных имплантатов
Новые покрытия, которые могут внести в костные имплантаты иммуномодулирующие, антибактериальные или противораковые функции, создали исследователи из Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Томского государственного университета и Сибирского государственного медицинского университета, 9 августа сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу РНФ.
Системы доставки лекарств на основе покрытий из фосфата кальция (CaP) уже давно были признаны полезными для лечения сложных случаев заболеваний костей с помощью введения лекарств в локализованную область и одновременного восстановления костной ткани за счет биодоступных ионов Ca и P.
Команда томских ученых разработала способ нанесения таких покрытий с помощью ультразвука, который создает высокую внутреннюю и поверхностную пористость покрытий для лучшей доставки различных типов лекарств, таких как цитостатические, антибактериальные или иммунномодулирующие композиции.
Ими были определены оптимальные условия нанесения покрытия, изучены цитотоксичность и антимикробная активность изготовленных покрытий, содержащих лекарственные средства.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, были опубликованы в журнале Materials.
Исследователи улучшили традиционный метод микродугового оксидирования, применяемый для нанесения покрытий — носителей лекарств, на основе аморфных фосфатов кальция.
По предложенной командой ученых технологии в процессе микродугового оксидирования обрабатываемый имплантат погружается в электролит, содержащий соли фосфорной кислоты, соли кальция и гидроксиапатит.
Одновременно с этим подаются импульсное напряжение на образец и ультразвук на емкость с электролитом. Электрохимические реакции и акустические кавитации (образование пузырьков) под действием ультразвука создают на поверхности титана, из которого изготовляется имплантат, толстое и прочное покрытие с равномерной пористой структурой.
Для проверки свойств нового биоактивного покрытия как системы доставки лекарственных препаратов, в имплантат загружали по отдельности три препарата: цитостатик 5-фторурацил (подавляет метаболизм клеток), антибиотик ванкомицин и иммуномодулирующий препарат с противоопухолевым действием интерферон-α-2b.
Эксперимент показал, что высвобождение 5-фторурацила и ванкомицина из покрытий-носителей сначала имело взрывной характер, а далее выход лекарства длился на протяжении шести и более часов.
Интерферон высвобождался волнообразно: максимум наблюдался через 1 и 12 часов после загрузки, а в остальное время лекарство высвобождалось медленно.
Цитостатик 5-фторурацил и иммуномодулятор интерферон из покрытия снизили жизнеспособность раковых клеток до 70%, оказывая при этом гораздо меньшее подавляющее действие на здоровые клетки, что создает потенциал использования этого метода в сочетании с системной терапией для предотвращения роста злокачественных образований.
В свою очередь, покрытие с ванкомицином показало высокую антимикробную активность против штамма золотистого стафилококка — одного из наиболее распространенных возбудителей внутрибольничных инфекций.
«Мы показали принципиальную возможность создания покрытий с множественным положительным действием. Для этого применялся новый гибридный метод, также показана эффективность образцов в качестве систем доставки разнообразных препаратов», — рассказала руководитель проекта Екатерина Комарова, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН.
«Наши результаты говорят о том, что разработка перспективна для применения в остеоонкологии, стоматологии, ортопедии и травматологии, например, при лечении переломов, в том числе осложненных опухолью или инфекцией», — подвела итог Екатерина Комарова.
В планах команды ученых доработка технологии формирования материала для более продолжительного и контролируемого высвобождения препаратов и детальное исследование биоактивности и антибактериального эффекта кальций-фосфатных покрытий.
