Томские ученые создают прототипы биоразлагаемых ортопедических имплантатов
Комплексный подход для разработки прототипов имплантатов из биоразлагаемого магниевого сплава со сложным трехслойным покрытием разработали материаловеды Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН под руководством профессора Юрия Шаркеева, 6 июня сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.
Такой имплантат растворяется в организме после восстановления костной ткани, и пациента не нужно подвергать операции по его извлечению.
Юрий Шаркеев рассказал о работе, ведущейся коллективом:
«Наша лаборатория физики наноструктурных биокомпозитов в течение длительного времени успешно работает над созданием различных биоматериалов на основе не вызывающих отторжения металлов и сплавов, к числу которых относятся столь широко известные сегодня титан, ниобий, цирконий и их сплавы. При этом мы занимаемся разработкой как самих материалов, так и наносимых на них биопокрытий различного типа, в том числе и защитных».
Магниевые сплавы способны активизировать рост костной ткани, а затем растворяться в организме. Но при их использовании как материала для имплантатов необходимо, чтобы такое растворение (резорбция) происходило в нужный момент, когда восстановление костной ткани уже произошло, а для этого необходимо научиться контролировать скорость резорбции, пояснил ученый.
Создавая безопасные имплантаты, томские ученые решали несколько задач. Одна из которых — получение нужной механической прочности магниевого сплава, поскольку имплантат, особенно ортопедический, в течение 3–4 месяцев должен выдерживать значительные нагрузки, оказываемые организмом. Необходимой прочности материала исследователи добились, применив интенсивную пластическую деформацию, которая превратила его обычно крупнокристаллическую структуру в ультрамелкозернистую.
Другой задачей было создание таких покрытий имплантатов, которые не позволят им раствориться раньше времени. Материаловеды ИФПМ СО РАН разработали с этой целью оптимальные составы трехслойных биоактивных и защитных покрытий. При этом микроэлементы, входящие в состав покрытия, стимулируют восстановление кости.
О составе таких покрытий рассказал научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов ИФПМ СО РАН Константин Просолов.
Первый слой представляет собой кальций-фосфатное покрытие с остеокондуктивным микроэлементом — стронцием (остеокондукция — способность материала быть каркасом для восстанавливаемой организмом костной ткани — прим. ИА Красная Весна). Этот слой наносится микродуговым оксидированием. При этом в его пористую структуру можно помещать препараты, способствующие росту костной ткани.
Второй слой состоит из биоразлагаемого сополимера молочной и гликолевой кислот PLGA. Его задача предотвратить растворение пористого кальцийфосфатного покрытия на ранних этапах имплантации. От толщины этого слоя зависит скорость растворения композита.
Третий, внешний слой покрытия состоит из оксида титана или циркония, которые наносятся методом высокочастотного магнетронного распыления. Он увеличивает биосовместимость и механические свойства поверхности композита.
Для исследования того, как на физико-химические свойства таких имплантатов влияет биологическая среда организма, специалистами ИФПМ СО РАН разработан специальный прибор-приставка. Исследования проводятся на каждом этапе модификации поверхности имплантатов. Испытания идут в ИФПМ СО РАН в кооперации с лабораториями контроля качества материалов и конструкций и физикохимии высокодисперсных материалов.
В кооперации с ИФПМ СО РАН работают также специалисты отдела электрохимических систем и процессов модификации поверхности Института химии ДВО РАН, которые на каждом этапе модификации поверхности проводят прецизионные исследования характера протекания процесса биокоррозии.
Работы по созданию прототипов имплантатов томские ученые намерены продолжать, надеясь совместно с учеными-биологами и медиками разработать методы испытаний образцов, включающие исследования процессов роста клеток и электрических свойств, влияющих на развитие различных бактерий на поверхности имплантатов.
