Для лечения рака кости опухоли удаляют хирургическим путем, устанавливая на место пораженной ткани титановый имплантат. Затем пациентам проводят химиотерапию, чтобы предотвратить рецидив болезни. Однако прием сильнодействующих препаратов приводит к большому количеству побочных эффектов: слабости, выпадению волос, нарушению работы пищеварительной системы, почек и сердца. Чтобы избежать этого, ученые разрабатывают имплантаты, которые не просто бы заместили утраченную ткань, но и доставляли бы лекарства напрямую в кость.
Исследователи из Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) разработали покрытие для костных имплантатов, которое после протезирования медленно высвобождает противоопухолевый препарат в окружающие ткани.
— Мы предложили многообещающую стратегию создания костных имплантатов, с помощью которых можно локализованно и контролируемо доставлять лекарственные средства в костную ткань, — рассказала «Известиям» кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН Екатерина Комарова. — Если вместо противоопухолевого препарата, протестированного нами, в покрытие «загрузить» другие лекарства, можно будет использовать их не только при лечении рака, но и в других сферах, например в травматологии и зубном протезировании.
Научный коллектив гранта РНФ. Источник: Екатерина Комарова
За основу авторы взяли кальций-фосфатный цемент — пористый материал, по химическому составу очень близкий к естественной костной ткани, а потому биосовместимый. Его нанесли электрохимическим методом с ультразвуком на поверхность титановой пластины, которая имитировала используемый в клинической практике имплантат. После этого в пористое покрытие «загрузили» раствор противоопухолевого препарата 5-фторурацила, который широко применяется для лечения онкологических заболеваний. Образцы высушили на воздухе, благодаря чему лишняя жидкость испарилась, а действующее вещество осело в порах кальций-фосфатного цемента.
Затем исследователи нанесли еще один слой покрытия, который должен был предотвратить слишком быстрое высвобождение препарата из пор и тем самым обеспечить продолжительный эффект лечения. В качестве такой защиты ученые выбрали синтетический биосовместимый и биоразлагаемый полимер из молекул молочной и гликолевой кислот.
Как рассказали исследователи, этот материал удобен тем, что, попадая в организм, он медленно (от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от соотношения кислот в составе) разлагается. Благодаря этому по мере его распада из нижележащего кальций-фосфатного слоя будет постепенно выделяться противоопухолевый препарат.
Микрофотография клеток, нанесенных на исследованное покрытие, спустя 24 часа эксперимента. Источник: Екатерина Комарова
Скорость высвобождения лекарства из покрытия исследователи оценили, поместив образец в раствор, имитирующий биологическую жидкость организма человека. Оказалось, что лекарство выделяется из покрытия постепенно: по прошествии первых трех суток в раствор вышло 72% использованного препарата, а на пятый день — 100%. Для сравнения, образец, в котором не было защитного полимерного покрытия, «выпустил» всё лекарство всего за 2–4 часа.
— В дальнейшем мы как раз планируем использовать другие препараты, например антибиотики, а также модифицировать технологию их «загрузки», чтобы увеличить сроки выхода препарата в окружающие ткани до одного месяца — это позволит полностью исключить общий прием лекарств, — рассказала Екатерина Комарова.
Изучение кинетики «загрузки» химиопрепарата в носители и «выгрузки» из них. Источник: Екатерина Комарова
Функционализация имплантатов и их поверхностей с помощью различных лекарственных препаратов — это крайне эффективное интересное направление, отметил руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Татарстана Альберт Ризванов.
— Особенно в области регенеративной медицины. В данном же случае при загрузке химиотерапевтическими препаратами можно столкнуться с тем, что они будут препятствовать интеграции самих костных имплантатов в организм пациентов, поэтому нужны детальные исследования, — сказал эксперт «Известиям».
Адресная доставка препаратов позволяет снизить их побочные эффекты и повысить эффективность, отметил научный сотрудник Института иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН Михаил Болков.
— Разработка ученых более универсальна, чем просто лечение костных опухолей, и если у них получится, то это будет использоваться для транспортировки различных действующих веществ внутри организма, — добавил эксперт.
Результаты исследования, поддержанного грантом президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Materials Today Communications.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.
