Ученые ТГУ выяснили лучшие способы нанесения лекарства на имплантаты

Три способа нанесения лекарственного покрытия на костные имплантаты исследовали для выяснения, какие из них обеспечивают наилучшую биосовместимость, ученые Томского государственного университета (ТГУ) с коллегами из Сибирского физико-технического института (СФТИ), 2 июня сообщила пресс-служба ТГУ.

Проведенное исследование показало, что вакуумный и ультразвуковой методы обеспечивают большую активность клеток пациента при прикреплении их к поверхности имплантата, кроме того, клетки успешно размножаются и не повреждаются. Поэтому имплантаты с такими покрытиями лучше приживутся, а значит, снизится риск хронического воспаления и отторжения имплантата.

Эксперименты in vitro («в пробирке») показали, что разрушение эритроцитов для этих методов не превысило уровня 1,2%, что соответствует мировым стандартам безопасности для материалов, контактирующих с кровью.

После установки костного имплантата иногда требуется длительная местная терапия: противовоспалительная, антибактериальная или стимулирующая рост костной ткани. При традиционных методах лечения (прием таблеток или постановка уколов) препарат разносится по всему организму, быстро выводится и часто не достигает нужной концентрации в зоне имплантации.

В настоящее время стал применяться альтернативный метод, когда имплантаты сами выделяют нужные лекарства с контролируемым временем высвобождения, причем именно там, где они нужны. Для этого имплантаты покрывают специальными веществами. Перспективным соединением для таких покрытий является бамбуз[6]урил, макроциклическая молекула которого за счет структуры своей полости может связывать и удерживать различные соединения.

Эффективность таких покрытий определяется тем, насколько равномерно и стабильно соединение будет распределено по поверхности имплантата. Сотрудники лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ и Центра исследований в области материалов и технологий химического факультета ТГУ изучили, как вещество бамбуз[6]урил ведет себя на имплантатах.

Заведующая лабораторией медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ и лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов Научного управления ТГУ Екатерина Марченко сообщила:

«На данном этапе мы исследовали, прежде всего, способность бамбус[6]урила формировать стабильное покрытие на поверхности пористого никелида титана. Сама структура Bu[6] позволяет рассматривать широкий спектр потенциальных соединений — от антибактериальных и противовоспалительных веществ до стимуляторов регенерации костной ткани».

Команда томских ученых исследовала, как такое покрытие инкапсулирует лидокаин и бензокаин, получив в результате подтверждение, что бамбузурил обладает способностью удерживать их молекулы. В своих экспериментах они использовали три способа нанесения Bu[6] на пористый никелид титана, а именно: только погружением в раствор, ультразвуковую обработку и вакуумирование.

Для определения качества покрытия были применены ИК-спектроскопия, электронная микроскопия и термический анализ. Кроме того, исследователи проверили биосовместимость поверхности из Bu[6] с кровью человека. Эксперименты in vitro («в пробирке») показали, что уровень гемолиза для всех образцов покрытия был не более 1,2%, как того требуется от биоматериалов, контактирующих с кровью. Также низкими были и показатели цитотоксичности.

«При сравнении методов нанесения наиболее перспективными с точки зрения клеточной совместимости оказались вакуумирование и ультразвуковая обработка: в этих случаях клетки лучше прикреплялись к поверхности и активнее размножались. Для реальных имплантатов это особенно важно, поскольку именно раннее взаимодействие поверхности с клетками во многом определяет успешность интеграции имплантата с тканью и снижение риска осложнений», — отметила Екатерина Марченко.

Проведенные исследования равномерности покрытия пористого вещества бамбузурилом показали, что метод погружения обеспечивает самое равномерное распределение по поверхности. Наибольшую плотность молекул и их проникновение внутрь пор никелида титана (это особенно важно для пористых имплантатов) показал вакуумный метод. Ультразвуковая обработка заставляла молекулы покрытия собираться на поверхности в кластеры (небольшие скопления).

Итогом данного этапа исследования стала информация об отсутствии негативного влияния на клетки макроциклического соединения бамбуз[6]урил, используемого совместно с пористым никелидом титана. Однако для перехода к системам с инкапсулированными лекарственными веществами будет необходима дополнительная оценка биологической совместимости и функциональных свойств такого покрытия.

Результаты проделанной работы были представлены в статье «Исследование процесса осаждения бамбуз[6]урила на пористую поверхность TiNi с использованием различных физических методов» (The study of the deposition process of bambus[6]uril on the porous TiNi surface using various physical methods), опубликованной в журнале Biomedical Materials (Q2).

Полученные результаты полезны для создания композитных материалов на основе никелида титана, которые будут обладать возможностью локального высвобождения биологически активных веществ.

Команда томских ученых продолжит изучение биокомпозитов и возможностей их адаптации под конкретные медицинские задачи. В дальнейшем ученые ТГУ намерены исследовать кинетику локального высвобождения лекарственного препарата из имплантатов в зависимости от химической природы активного вещества и методов модификации поверхности имплантата.