Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) установили, что применение аддитивных технологий позволяет создавать персонализированные версии имплантатов без угрозы для жизни пациентов, а их покрытие наночастицами серебра и кальций-фосфата препятствует росту бактерий. Результаты исследования опубликованы в журнале "Applied Surface Science".

По словам экспертов, рационально разработанные скэффолды со сложными пористыми структурами, имеют на несколько порядков большую площадь поверхности, чем монолитные биоматериалы. Таким образом, с увеличением площади имплантата растет и площадь, которую могут заселить бактерии. Вероятность ухудшения состояния пациента в таком случае значительно возрастает, что подтверждается наблюдениями микробиологов. На имплантате может образоваться бактериальная биопленка, вызывающая опасные для жизни осложнения. Например, сепсис.

В ходе исследования ученые оценили активность патогенных клеток Staphylococcus aureus, которые снижают эффективность хирургических имплантатов, на трехмерных пористых матрицах титанового сплава (скэффолдах), покрытых серебром и фосфатом кальция.

"Результаты показали, что скэффолды, покрытые наночастицами серебра и кальций-фосфата в определенной концентрации, препятствовали росту бактерий", – рассказал старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра "Физическое материаловедение и композитные материалы" Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Мария Сурменева.

Ученые отметили, что в настоящий момент на отечественном медицинском рынке отсутствуют имплантаты, выполненные непосредственно по размерам пациента.

"Стандартный имплантат может вызывать у пациента дискомфорт, например, при ходьбе. Кроме того, это дополнительный риск на операционном столе", - отметила Мария Сурменева.

Сурменева объяснила, что во время установки обычный заменитель кости необходимо "подгонять" по размерам пациента - удалять лишние элементы (обрезать длину спиц, подпиливать и шлифовать срезы). Это увеличивает риски попадания частиц металла в организм и может привести к осложнениям. Персонализированные имплантаты помогут снизить вероятность заражения в процессе операции и сократить ее длительность.

Эксперты утверждают, что создать индивидуальный имплантат можно с помощью скэффолдов, используя одну из технологий аддитивного технологий - электронно-лучевое плавление. Данный метод поможет не только оптимизировать размер имплантата, но и задать его структуру и форму, что будет способствовать лучшему прорастанию костной ткани.

Авторы исследования считают, что способ изменения поверхности с помощью серебра и фосфата кальция может представлять интерес для врачей и инженеров, поскольку полные аналоги данной разработки отсутствуют.

Особый интерес к разработке исследователей из Томска проявляет Швеция. Оборудование зарубежных коллег и опыт российских ученых вместе могут решить общую задачу - создание имплантатов по размерам пациента и улучшение их поверхностных свойств с использованием 3-D технологий.

В настоящее время ученые ТПУ работают над созданием скэффолдов из новых низкомодульных сплавов. По физико-механическим свойствам они более схожи с костной тканью, поэтому обладают преимуществами перед другими металлами, которые используют в имплантологии. Помимо этого авторы исследования продолжают искать новые способы обработки и изменения поверхности, создавая композиты с максимальным спектром биосовместимых свойств.



Похожие новости

  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    321
  • 13/08/2018

    Томские ученые знают, как «захватить» наномир

    ​Пока мировое сообщество пытается узнать, что таят в себе морские глубины необъятного Мирового океана и бесконечное космическое пространство, зарубежные ученые Томского политехнического университета — профессора Рауль Родригес и Евгения Сергеевна Шеремет — пытаются «захватить» наномир и контролировать отдельные молекулы.
    711
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    2176
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    1389
  • 14/12/2017

    Томские ученые создадут центр анализа данных адронного коллайдера

    ​Ученые Томского государственного университета получат грант, предназначенный для создания центра мирового класса по анализу данных Большого адронного коллайдера. Ожидается, что томские ученые создадут кластер для анализа данных на базе суперкомпьютера СКИФ Cyberia.
    783
  • 11/10/2016

    Алмазы, выращиваемые в ТПУ, могут быть использованы для Большого адронного коллайдера

    ​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете.
    1945
  • 19/08/2016

    В МИСиС разработали супермагнит для реализации проектов в Арктике и в космосе

    ​Ученые Национального технологического исследовательского университета МИСиС разработал супермагнит, который сохраняет свои свойства при экстремальных условиях и может использоваться, как в Арктике, так и в космосе.
    1348
  • 12/02/2019

    Томский радиофизик создает прибор для ориентации слабовидящих в пространстве

    ​Радиофизик из ТГУ Виталий Хмелев разрабатывает устройство, которое поможет слабовидящим людям ориентироваться в пространстве. К 2021 году он создаст программно-аппаратный комплекс, который будет подавать человеку сигналы о расстоянии до препятствия и его размере.
    500
  • 25/10/2016

    Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

    ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III - одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире.
    1672
  • 05/03/2018

    ​Ученые ТГУ создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул

    ​Ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ с коллегами из Швеции и Финляндии создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные (светимость, квантовый выход флуоресценции) свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии.
    1100