Приоритет 2030: Ученые создают имплантаты с лекарственной поверхностью от инфекций

Коллектив лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов Научного управления ТГУ работает над проектом, цель которого – создать имплантаты с поверхностью, содержащей лекарственные вещества. Лекарства будут контролируемо выделяться, купировать воспалительный процесс и останавливать развитие инфекции. Исследование ведется в рамках гранта РНФ. На его первом этапе, в течение 2022 года, молодые ученые лаборатории уже подобрали пористо-проницаемый материал для имплантатов, которые в перспективе будут иметь противовоспалительную поверхность. 

Хирургическое вмешательство и введение в организм человека инородных материалов, таких как имплантаты, обуславливает постоянную угрозу послеоперационных инфекций и воспалительных процессов. На развитие инфекции заметно влияет адгезия бактерий к поверхности биоматериалов. При определенных условиях организм человека имеет тенденцию инкапсулировать очаги инфекции и отторгать имплантат при преодолении его местной защиты. Поэтому пациентам приходится повторно оперироваться для удаления или замены имплантата. 

В связи с этим перед учеными стоит задача разрабатывать имплантационные материалы с дополнительно созданной противоспалительной поверхностью. Такое пористое покрытие способно инкапсулировать, а затем, при необходимости, контролируемо высвобождать лекарственные средства. 

– В качестве основного материала выбран пористый сплав никелида титана, который предпочтителен для использования в хирургии костных тканей, – рассказывает о проведенном исследовании руководитель проекта, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов Научного управления ТГУ Гульшарат Байгонакова. – На данный момент разработаны научные основы создания материалов из никелида титана с развитой пористо-проницаемой структурой, свойства которых регулируются начальными условиями самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. 

svod1 implant.jpg
Пористая структура никелида титана подобна губчатым трабекулярным костям живых тканей

Иллюстрации предоставили сотрудники лаборатории

Как отмечает ученый, пористо-проницаемая структура, подобная структуре костных тканей, длительно выдерживает физиологические нагрузки в организме и сохраняет каркасную функцию для врастания костной ткани, а поверхность обеспечивает защиту от агрессивной среды организма и высокую цитосовместимость. 

Для замедления инфекционных последствий, обеспечения ускоренной остеоиндукции биологических тканей (рост костных клеток) и сокращения срока приживаемости имплантата на поверхность пористых сплавов никелида титана впервые разными методами будут осаждены макроциклические соединения. 

 – Мы посмотрим, как после осаждения они располагаются по поверхности материала – с какой плотностью, равномерно или нет. Главное для нас – равномерность. Потом, в зависимости от результатов, мы будем насыщать эти молекулы лекарственными средствами и посмотрим, как они будут высвобождать эти лекарства, – поясняет Гульшарат Байгонакова

Таким образом, с применением макроциклических соединений поверхность пористого материала получит новую функцию. В конечном итоге, рассчитывают авторы проекта, это позволит разработать инновационный материал с подходящей микросредой для остеогенеза и контролируемого высвобождения биологически активных веществ, например, антибактериальных. 

svod2 implant.jpg

Исследования пористых никелид-титановых сплавов на цитосовместимость

Фото предоставили сотрудники лаборатории

Для справки: Исследование «Осаждение макроциклических соединений на поверхность сплавов никелида титана для высвобождения инкапсулированных лекарств и ускоренной индукции биологических тканей» выполняется за счет гранта Российского научного фонда № 22–72–10037. Проект рассчитан на три года, исследовательская работа будет завершена в 2024 году.