Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Magnesium and Alloys (прим. - Пресс-служба РНФ).
Мария Надараиа (Пяткова), младший научный сотрудник Института химии ДВО РАН, первый автор статьи. Источник: Константинэ Надараиа
Специалисты Института химии ДВО РАН вместе с коллегами из других научных организаций разработали инновационное покрытие для временных имплантов, которые устанавливаются при тяжелых травмах для ускорения выздоровления, а затем безопасно разлагаются в организме. При этих повреждениях часто развиваются раневые инфекции. Для борьбы с ними ученые создали материал с антибиотиком ванкомицином, витамином К2 и золедроновой кислотой, которые подавляют рост золотистого стафилококка, чаще всего вызывающего заражение, но не вредит здоровым клеткам костной ткани.
Пациенты с травмами, например переломами, часто сталкиваются с воспалениями и бактериальными инфекциями. Кроме того, бывает, что больному устанавливают временный имплантат, замещающий поврежденную ткань. После восстановления конструкцию приходится извлекать в ходе повторного хирургического вмешательства, что создает дополнительный стресс для организма. Поэтому ученые стремятся разработать такие имплантаты, которые не пришлось бы извлекать и которые бы предотвращали инфекции и воспаления в тканях.
Основой для них могут служить сплавы магния, поскольку они очень близки к кости по механическим свойствам и обладают способностью к биорезорбции, то есть постепенному растворению в организме. Но они склонны к быстрой коррозии, которая вызывает ускоренное растворение материала, преждевременный выход имплантата из строя и другие нежелательные эффекты. Поэтому нужны материалы, которые будут замедлять этот процесс.
— Разработанное покрытие позволяет контролировать растворение магниевого сплава и тем самым избежать преждевременного разрушения конструкции, поддерживающей еще не до конца восстановившуюся кость. С другой стороны, оно полностью не останавливает процесс растворения, что важно в случае биоразлагаемых имплантатов. На данный момент мы проводим масштабные испытания с применением лабораторных животных и в дальнейшем планируем провести доклинические и клинические испытания, чтобы доказать эффективность и безопасность изделия при использовании в человеческом организме, — сказал старший научный сотрудник лаборатории композиционных покрытий биомедицинского назначения Института химии ДВО РАН Константинэ Надараиа.
Антибиотик в покрытии убивает микробов, золедроновая кислота замедляет разрушение костной ткани, а витамин K2 стимулирует ее восстановление. Эти компоненты нанесли на магниевый имплантат и закрепили с помощью слоя полидофамина — клейкого биополимера.
Синтез, состав и антибактериальные свойства предложенного покрытия. Источник: Константинэ Надараиа
Авторы поместили образец магниевого сплава с разработанным покрытием на чашку Петри с культурой золотистого стафилококка, чтобы проверить его антибактериальные свойства. Оказалось, что покрытие полностью подавляет рост микроорганизмов — бактерии не росли в радиусе 21 мм от поверхности материала. Более того, предложенный состав почти в семь раз повысил коррозионную стойкость магниевого сплава, что значительно продлевает срок службы покрытия и самого импланта в организме.
При этом покрытие было безопасно для здоровых клеток костной ткани. Исследователи проверили это в лабораторных условиях: на поверхности материала и в среде, где находились образцы, выращивали клетки, способные превращаться в костную ткань, — они сохраняли нормальную форму и жизнеспособность, не проявляя признаков гибели. Отсутствие токсического эффекта ученые дополнительно подтвердили с помощью биохимических тестов.
Константинэ Надараиа, старший научный сотрудник Института химии ДВО РАН. Источник: Константинэ Надараиа
По словам действующих травматологов, сегодня в клиниках ощущается нехватка антибактериальных материалов, поэтому появление новых разработок в этой области можно только приветствовать.
— Инфекции при тяжелых травмах — очень серьезная проблема. А подобных материалов у нас в травматологии совсем немного. Обычно мы используем антисептик и тот же ванкомицин для обработки ран. Но если бы был имплант, который бы гарантировал отсутствие заражения, это бы заметно облегчило работу, — рассказал «Известиям» травматолог-ортопед Данил Бактышев.
По мнению завлабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислава Отставнова, предложенный материал обладает высоким потенциалом для практического применения, но говорить однозначно о его свойствах можно будет только после проведения испытаний.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.— Технология выглядит перспективной. Биодеградируемые материалы не первый год используются в медицине, и продумать покрытие, способное на какое-то время сдерживать коррозию, иметь антибактериальные и иные полезные для процесса восстановления свойства, кажется логичным шагом. Однако доклинические и клинические исследования только планируются, а ведь именно их прохождение действительно докажет, сможет ли быть разработка внедрена в практическое здравоохранение, — сказал он.
