Сотрудничество ученых Томского политеха и зарубежных партнеров привело к созданию пористых каркасов из сплава титана и ниобия. Эти структуры обладают заданными характеристиками пористости и биоактивным покрытием. Такая разработка позволяет создавать имплантаты нового типа, которые воспроизводят строение и механические свойства костной ткани.
Исследование финансировалось грантом Российского научного фонда (№ 25-29-00559). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Ceramics International (Q1, IF: 6.1).
Хотя в биомедицинском инжиниринге достигнут значительный прогресс, восстановление обширных повреждений костной ткани по-прежнему представляет собой сложную задачу для хирургов-ортопедов и травматологов.
Различия в упругости материалов, используемых для имплантации, и костной ткани являются ключевой проблемой. В связи с этим имплантат принимает на себя большую часть нагрузки, что приводит к деградации окружающих тканей. Данный эффект, известный как экранирование напряжений, вызывает дискомфорт у пациентов и может спровоцировать отторжение имплантата.
«Для воспроизведения пористой структуры костной ткани были созданы каркасы (скаффолды). Их топология и микроскопические/макроскопические характеристики отличаются сложностью. Каждая структурная составляющая покрыта биоактивным наноструктурным высокочастотным (ВЧ) магнетронным слоем, предназначенным для защиты материала от коррозии и обеспечения его биосовместимости», — сообщает руководитель исследования, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Мария Сурменева.
Изначально биоактивное покрытие было нанесено на плоские подложки с использованием метода ВЧ-магнетронного распыления 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.
«По словам соавтора исследования, инженера Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ, применение биоактивного покрытия повысило устойчивость материала к коррозии Мария Козадаева.
Биоактивное покрытие было нанесено на скэффолды, созданные с использованием 3D-технологий. Образцы прошли биологическую оценку in vitro для оценки их биосовместимости.
«Результаты лабораторных исследований показали, что пролиферативная активность клеточных культур напрямую зависит от концентрации ниобия в сплаве. Образцы сплавов с увеличенным содержанием ниобия (56 ат.%) и биоактивным покрытием показали наилучшие результаты по остеогенным маркерам, таким как отложение кальция и синтез коллагена. Эти данные указывают на перспективность разработанного материала для использования в регенеративной медицине, направленной на восстановление костной ткани. — Соавтор исследования, старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Ирина Грубова.
В последующих исследованиях научная группа планирует синтезировать и исследовать биоактивные покрытия с иными химическими составами. Главная задача заключается в обеспечении наилучших характеристик биосовместимости каркасов.
В работе над исследованием были задействованы специалисты из 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) и Университета Средней Швеции.
Информация поступила из пресс-службы Томского политехнического университета