Ученые Томского политеха совместно с зарубежными коллегами разработали пористые каркасы (скэффолды) из сплава титана и ниобия с контролируемой пористостью и биоактивным покрытием. Разработка открывает возможность к созданию имплантатов нового поколения, имитирующих структуру и механические свойства кости.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 25-29-00559). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Ceramics International (Q1, IF: 6.1).
Несмотря на прогресс, достигнутый в области биомедицинского инжиниринга, реконструкция крупных дефектов костных тканей остается серьезной проблемой в ортопедической и травматологической хирургии.
Основная проблема 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. Этот эффект известен как эффект экранирования напряжений. Он доставляет дискомфорт пациенту и может привести к потере имплантата.
«Мы изготовили скэффолды, имитирующие по структуре пористую архитектуру костной ткани. Они имеют сложную структуру с точки зрения их топологии и микроскопических/макроскопических свойств. При этом на каждый элемент структуры нанесено биоактивное наноструктурное высокочастотное (ВЧ) магнетронное покрытие, задача которого – защитить материал от коррозии и обеспечить совместимость с организмом», — рассказывает руководитель исследования, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Мария Сурменева.
Сначала ученые нанесли биоактивное покрытие методом ВЧ-магнетронного распыления на плоские подложки ранее синтезированного биосовместимого бета-титанового сплава на базе системы Ti-Nb (титана и ниобия). Комплексный анализ помог получить представление о морфологии и шероховатости поверхности, кристаллографической структуре и текстуре, химическом и фазовом составе, смачиваемости и коррозионной стойкости.
«Исследования показали, что нанесение биоактивного покрытия улучшило защиту материала от коррозии», — рассказала соавтор исследования инженер Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Мария Козадаева.
Затем биоактивное покрытие нанесли на скэффолды, изготовленные с применением 3D-технологий. Образцы были подвергнуты биологическим исследованиям in vitro 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 ат.%) 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», — отметила соавтор исследования, старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Ирина Грубова.
В дальнейшей работе научный коллектив сосредоточится на синтезе и изучении биоактивных покрытий с альтернативными химическими составами. Основная цель — достижение максимально эффективных показателей биосовместимости скэффолдов.
В исследованиях приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Национального института исследований и разработок в области оптоэлектроники (Румыния), Национального университета наук и технологий «Политехника» в Бухаресте (Румыния), Университета Крита (Греция), Института электронных структур и лазеров (Греция), Марбургского университета (Германия), Университета Средней Швеции.
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
Источник фото: ru.123rf.com
