ИСТОРИЯ МЕДИЦИНЫ

Российские ученые "вырастили" костную оболочку на титановых имплантатах

Ученые Инженерной школы ядерных технологий и Инженерной школы новых производственных технологий Томского политехнического университета (участник федеральной программы "5-100") совместно с ведущими экспертами в области медицинского материаловедения из Университета Дуйсбурга (Германия), Технологического института Карлсруэ (Германия) и Калифорнийского университета Риверсайда (США) разработали способ синтеза нанотрубок из диоксида титана с нанесением кальций-фосфатных покрытий, идентичных по своему составу человеческой кости. Благодаря таким покрытиям можно будет улучшить приживаемость титановых костных имплантатов и обеспечить новый канал для доступа лекарственных средств.

Как отмечают авторы разработки, титан сегодня широко используется для изготовления имплантатов, но он значительно тверже костной ткани из-за разных значений упругости. При движении пациента титан забирает на себя больше механической нагрузки, чем кости, что может привести к разрушению костной ткани.

"Нанотрубки позволяют решить эту проблему, – рассказывает аспирант Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Роман Чернозем. – Они как будто растут на поверхности имплантата ровным слоем, это своеобразная граница между костью и титаном. Нанотрубки просто не позволяют титану взять на себя больше механической нагрузки, чем костная ткань. Кроме того, титан биоинертен, он слабо взаимодействует с биологическими структурами и жидкостями. Чтобы он лучше приживался, его поверхность нужно модифицировать. Для этого мы разработали для нанотрубок различные покрытия, которые "маскируют" имплантат под костную ткань. В результате он приживается быстрее".

Нанотрубки представляют собой полые цилиндры из диоксида титана длиной от нескольких десятков нанометров до 8-10 микрометров. Их также можно синтезировать и на поверхностях других сплавов. Чтобы организм пациента не отторгал чужеродный имплантат, нанотрубки делают идентичными по своему составу человеческой кости, нанося на них покрытия из кальций-фосфата или гидроксиапатита. Кальций и фосфор, входящие в состав кальций-фосфата, – основа неорганической фазы костной ткани. Гидроксиапатит, тоже относящийся к классу кальций-фосфатов, является основной минеральной составляющей костей и зубов.

Покрытия наносятся на нанотрубки методом высокочастотного магнетронного распыления. "Мишень", материал-основу для роста покрытия, бомбардируют ионы инертного газа, буквально выбивая из нее необходимые частицы, которые осаждаются тонким слоем на поверхности нанотрубок. Благодаря этому покрытия обладают высокой адгезионной прочностью, то есть прочнее присоединяются к титану.

Полые внутри нанотрубки идеально подходят также для того, чтобы загружать в них лекарственные вещества, доставляя их в нужный участок организма вместе с имплантатом.

"Нанотрубки позволяют контролировать скорость доставки лекарственных средств в организм пациента, – объясняет научный руководитель проекта, начальник Центра технологий ТПУ Роман Сурменев. – Если покрыть их аморфным кальций-фосфатом, можно добиться растворения лекарства в срок от недели до месяца. Если нужен пролонгированный эффект, например, чтобы лекарство постепенно поступало в организм в течение года, можно покрыть нанотрубки гидроксиапатитом, состав которого представляет собой структурно упорядоченные элементы. В перспективе эта технология позволит подходить к лечению и реабилитации каждого пациента персонифицировано, подбирая именно тот тип нанотрубок для имплантатов, который нужен в каждом конкретном случае".