Созданы пористые каркасы с имитацией структуры кости
Ученые Томского политеха (ТПУ) совместно с зарубежными коллегами разработали пористые каркасы (скаффолды) из сплава титана и ниобия с контролируемой пористостью и биоактивным покрытием. Разработка открывает возможность для создания имплантатов нового поколения, имитирующих структуру и механические свойства кости.
Несмотря на прогресс, достигнутый в области биомедицинского инжиниринга, реконструкция крупных дефектов костных тканей остается серьезной проблемой в ортопедической и травматологической хирургии. Основной недостаток существующих материалов для имплантации — разные показатели упругости искусственного материала и костной ткани. В результате имплантат берет на себя основную нагрузку, а ткани вокруг начинают деградировать. Это так называемый эффект экранирования напряжений, который не только доставляет дискомфорт пациенту, но и может привести к серьезным последствиям.
Авторам удалось изготовить скаффолды, имитирующие пористую структуру костной ткани.
«Они имеют сложную структуру с точки зрения их топологии, микроскопических и макроскопических свойств. При этом на каждый элемент структуры нанесено биоактивное наноструктурное покрытие, задача которого — защитить материал от коррозии и обеспечить совместимость с организмом», — рассказала руководитель исследования, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Мария Сурменева.
Сначала ученые нанесли методом высокочастотного магнетронного распыления биоактивное покрытие на плоские подложки ранее синтезированного биосовместимого сплава на базе титана и ниобия.
«Исследования показали, что нанесение биоактивного покрытия улучшило защиту материала от коррозии», — отметила участвовавшая в исследовании инженер Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Мария Козадаева.
Комплексный анализ помог получить представление о морфологии и шероховатости поверхности, кристаллографической структуре и текстуре, химическом и фазовом составе, смачиваемости и коррозионной стойкости.
Затем биоактивное покрытие нанесли на скаффолды, изготовленные с применением 3D-технологий. Образцы были подвергнуты биологическим исследованиям для оценки их биосовместимости.
«Результаты in vitro исследований продемонстрировали прямую зависимость между содержанием ниобия в сплаве и пролиферативной активностью клеточных культур. Кроме того, образцы сплава с повышенным содержанием ниобия (56 атомных процентов) и биоактивным покрытием обеспечили максимальные значения остеогенных маркеров (отложение кальция и выработка коллагена). Полученные данные подтверждают высокий потенциал разработанного материала для применения в регенеративной костной инженерии», — подвела итог еще один автор исследования, старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Ирина Грубова.
В дальнейшем ученые планируют сосредоточиться на синтезе и изучении биоактивных покрытий с альтернативными химическими составами. Основная цель — достижение максимально эффективных показателей биосовместимости скаффолдов.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.