Материаловеды Томского государственного университета в рамках проекта, поддержанного РНФ, разработали новую технологию получения биопокрытий с композиционным составом, являющимся основой человеческой кости. Изобретение учёных снижает риск возникновения послеоперационных осложнений и существенно сокращает сроки интеграции имплантов из никелида титана при замене костной ткани.
– Самая большая проблема, с которой сталкиваются пациенты при закрытии дефектов костной ткани имплантами, – это развитие нежелательных ответных реакций организма в виде воспаления, способного приводить к отторжению конструкции, – говорит заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко. – Чтобы максимально снизить риски возникновения осложнений, необходимо решить две задачи: найти способ защиты самого импланта от коррозии и повысить его совместимость с «родными» тканями пациента.
Первую задачу материаловеды ТГУ решили в рамках предыдущего проекта, реализованного при финансовой поддержке РНФ. Для защиты имплантов от воздействия биологических жидкостей и повреждений из-за интенсивных нагрузок учёные использовали напыление трехслойного ламината Ti-Ni-Ti с последующим синтезом. Импланты с таким покрытием были установлены лабораторным животным (крысам) для закрытия отломков бедренной кости. Операции проводились на базе Уральского государственного медицинского университета. Уже в ранние послеоперационные сроки был достигнут хороший функциональный результат.
Над вторым этапом учёные ТГУ работают совместно с коллегами из Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН. Исследователи разработали технологию нанесения покрытий из гидроксиапатита и фосфатов кальция на имплантаты из никелид титана методом плазменно-ассистированного ВЧ-распыления порошковых мишеней. Учёным удалось подобрать режимы нанесения покрытий, при которых формируется плотная бездефектная структура и шероховатая поверхность, необходимая для лучшей остеоинтеграции.
– Результаты предварительных исследований показали, что новое покрытие имеет высокую биосовместимость, оно обеспечивает хорошую адгезию и скорость деления остеогенных клеток, образующих костную ткань, – поясняет Екатерина Марченко. – При проведении первых экспериментов отмечено, что биоактивное покрытие обеспечивает ускоренную интеграцию имплантатов в организм, сроки приживаемости сокращаются с 48-24 дней до 24-14, то есть в два раза.
В дальнейшем учёные будут отрабатывать технологию нанесения покрытий, детально изучать его структуру и свойства, чтобы подобрать производственные параметры, обеспечивающие оптимальные функциональные характеристики.
Результаты проекта «Реакционный синтез интерметаллических покрытий TixNiy(N,C) на подложке TiNi с применением магнетронного трехслойного напыления Ti-Ni-Ti» (идентификатор № 19-72-10105) учёные представят в 2024 году.
Для справки:
Лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ создана при поддержке правительства РФ для решения сложных научных задач в области медицинского материаловедения. Основные направления работы лаборатории: фундаментальные и прикладные исследования, разработка передовых биосовместимых материалов для замещения дефектов мягких и твердых тканей, возникающих вследствие травм, приобретенных заболеваний или врожденных патологий.