Иллюстрация взята с Depositphotos. Как стало известно отечественные ученые разработали инновационное функциональное полимерное покрытие, которое можно наносить на разные костные металлические импланты, так, что после нанесения это покрытие постепенно распадается, обеспечивая высокую степень равномерности разложения на безопасные для организма соединения. Указанное свойство покрытия позволяет внедрить в него различные лекарственные препараты, которые постепенно высвобождаются и ускоряют восстановление поврежденной кости. Кроме того, эксперименты показали, что полимерный слой повышает механическую прочность имплантатов и их устойчивость к коррозии. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymers.
При различных повреждениях костной ткани — например, в результате травм и таких болезней, как рак костей, — человеку устанавливают металлические имплантаты.
Размещаясь в месте повреждения, они позволяют компенсировать утраченную ткань, обеспечивая необходимую опору и поддержку мышцам. Кроме того, ученые стремятся сделать так, чтобы имплантаты выполняли еще одну полезную функцию — доставляли лекарственные препараты и микроэлементы, которые бы ускоряли восстановление естественной кости. Помочь в этом могут биоактивные покрытия на основе фосфатов кальция с объемной пористой структурой, поскольку в поры можно загрузить лекарство, и после установки имплантата оно будет из них постепенно выходить в окружающие ткани. Однако добиться равномерного и контролируемого выхода лекарственного препарата сложно, поскольку он должен определенное время удерживаться покрытием и не высвобождаться из пор очень быстро.
Ученые из Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН (Томск) предложили включить в кальций-фосфатные покрытия на костных имплантатах биоразлагаемый сополимер молочной и гликолевой кислот для того, чтобы управлять скоростью высвобождения лекарственных препаратов из имплантатов и тем самым улучшить функциональные свойства изделий. Использованный авторами полимер представляет собой материал, состоящий из длинных цепочек на основе двух органических кислот — молочной и гликолевой. Его выбрали потому, что он безопасен для человека и в течение определенного времени — обычно от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от соотношения исходных кислот в соединении — распадается на входящие в его состав кислоты. В результате, если в имплантат поместить лекарство и «запечатать» его сверху саморазлагающимся полимером, можно добиться того, что препарат будет постепенно, небольшими порциями выделяться в окружающую костную ткань.
В эксперименте ученые нанесли на подложку из титана — наиболее распространенного материала для изготовления имплантатов — пористое покрытие на основе соединений кальция и фосфора. Эти элементы входят в состав естественной костной ткани, поэтому используются медиками, чтобы повысить приживаемость имплантата. Затем материал погружали в растворы сополимера молочной и гликолевой кислот с разными концентрациями — 5%, 8% и 10%. В результате на поверхности покрытия сформировалась дополнительная полимерная пленка. Оказалось, что кальций-фосфатное покрытие, которое обработали 5% раствором сополимера, имело однородную пористую структуру, тогда как в покрытии с высоким содержанием сополимера (8–10%) можно было выделить два слоя: нижний — пористый, и верхний — плотный, в котором полимер заполнил большую часть пор. Такое «уплотнение» структуры привело к тому, что сопротивление материала к износу увеличилось до трех раз, а устойчивость к коррозии — на два порядка.
Затем исследователи на три недели погрузили образцы в физиологический раствор, имитирующий внутреннюю среду человеческого организма. Каждые два дня авторы взвешивали образцы, чтобы рассчитать скорость деградации полимерного и кальций-фосфатного покрытий. Эксперименты показали, что даже тонкий слой 5% сополимера приводит тому, что скорость потери массы образцов существенно снижается по сравнению с образцами без полимера. Это обеспечивает равномерный длительный выход лекарственного средства из имплантатов.
«Помимо того, что предложенный полимер позволит заключать в покрытие на костных имплантатах различные лекарства, которые будут поступать в живые ткани постепенно, он еще и улучшит механическую прочность имплантатов и предотвратит их коррозию. Все эти свойства помогут усовершенствовать существующие медицинские изделия для восстановления костей и продлить их срок службы. В дальнейшем мы планируем провести биологические испытания предложенного покрытия на клеточных культурах и на лабораторных животных», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Комарова, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН.
Информация предоставлена пресс-службой Российского научного фонда
Автор: Наталья Сафронова
Источник: https://scientificrussia.ru/
