Томские ученые модифицируют 3D-печатные имплантаты с помощью ионов металлов

Это необходимо для повышения биоактивных свойств имплантата, чтобы он лучше приживался в организме и не отторгался, что особенно актуально у больных, страдающих от остеопороза. Вместе с коллегами из Румынии они предложили новое решение для увеличения биосовместимых свойств гидроксиапатита. Для этого они добавляют к гидроксиапатиту ионы активных металлов — магния, стронция, циркония, а для придания покрытию антибактериальных свойств — ионы серебра. Участники коллаборации работали в ТПУ, на Международном симпозиуме «Перспективные исследования в области химии и биомедицины».

«Мы с зарубежными коллегами работаем над модифицированием поверхности различных имплантатов. Они представляют собой металлические изделия из титана или его сплавов как простой, так и сложной формы. Сами материалы и имплантаты методом 3D-печати получают наши коллеги из Университета центральной Швеции. Мы же в Томске модифицируем их поверхность. А вместе с коллегами из Румынии мы недавно начали исследования по модификации самого покрытия из гидроксиапатита с помощью ионов металлов физическими и химическими методами», — говорит директор центра «Физическое материаловедение и композитные материалы», входящего в состав Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Роман Сурменев.

Эксперименты по модификации поверхностей имплантатов химическими методами, в частности электрохимическими, проводит группа профессора Политехнического университета Бухареста Космина Котрута.

«Титан и его сплав с алюминием и ванадием (ВТ6 или Ti6Al4V) — это наиболее используемые материалы в области медицинской имплантологии. Это биоинертный материал, поэтому его нужно модифицировать, чтобы организм не отторгал имплантат, и он лучше приживался. Современные имплантаты имеют сложную форму, в частности те, с которыми работают томские ученые, поэтому сложно равномерно наносить на них покрытие. В этом смысле электрохимический метод, когда мы опускаем все изделие в раствор, позволяет достаточно просто равномерно покрывать весь имплантат», — поясняет профессор Космин Котрут.

За работу с физическими методами в международной команде отвечает группа главного научного сотрудника Национального исследовательского института оптоэлектроники (INOE, Румыния) Алины Владеску.

«Мы работаем с методом осаждения из газовой фазы, когда материал сначала переносится в плазму, а затем тонким слоем осаждается с нужными нам ионами металлов на определенный выбранный модифицируемый имплантат. Главное преимущество этого метода — высокая прочность сцепления самого покрытия с материалом основы», — говорит Алина Владеску.

Международная группа уже получила первые экспериментальные образцы. Как отмечает Роман Сурменев, удалось существенным образом улучшить биоактивные свойства композитных имплантатов на основе титановых сплавов за счет использования в структуре гидроксиапатита ионов магния, стронция или циркония, а также получить антибактериальные композиты с серебром и гидроксиапатитом. Причем, более интенсивная минерализация происходит при использовании в структуре кальций-фосфатного покрытия ионов магния и стронция, которые оказывают разное влияние на остеобласты и остеокласты, контролируя скорость их регенерации, а значит скорость ремоделирования костной ткани (образование новой костной ткани). Эти результаты, полученные учеными совместно, планируется подтвердить в экспериментах ин виво и публиациями в высокорейтинговых журналах. А среди уже опубликованных в рамках этого проекта статей — материал в журнале Scientific Reports (IF 4.259).

Международный симпозиум «Перспективные исследования в области химии и биомедицины» проходил в ТПУ с 4 по 8 июня. Его организатором выступила недавно созданная в ТПУ Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий. Гостями симпозиума стали 17 ведущих в своих областях зарубежных ученых. Все они являются партнерами ученых Томского политеха. В Томске они представили результаты своих перспективных исследований и обменялись опытом с коллегами.