​Ученые Томского политехнического университета вместе со своими германскими коллегами из университета Дуйсбург-Эссен предложили использовать сферические наночастицы кальций-фосфата в качестве покрытия для имплантатов из сплава ВТ6. Это наиболее распространенный сплав титана с добавлением алюминия и ванадия, из которого делают медицинские имплантаты.

Биологические исследования на клетках показали, что наночастицы кальций-фосфата делают поверхность имплантата супергидрофильной, то есть поверхность хорошо смачивается жидкостями. А это значит, что живые клетки в организме пациента будут лучше взаимодействовать с имплантатом, что в свою очередь снижает риск его отторжения. Результаты исследования опубликованы в журнале первого квартиля Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (IF: 3,997).

Фото: микрофотографии скэффолдов титанового сплава Ti6Al4V, изготовленных методом электронно-лучевого сплавления, до (a) и после (b) нанесения кальций-фосфатных наночастиц

В Томском политехе исследования ведутся в Исследовательской школе химических и биомедицинских технологий — в научно-исследовательском центре «Физическое материаловедение и композитные материалы» (директор центра Роман Сурменев).

«Сплав ВТ6 (Ti6Al4V) — один из самых распространенных для изготовления имплантатов. Из него делают имплантаты, например, тазобедренных суставов. Более того, этот сплав пригоден для изготовления имплантатов с помощью аддитивных технологий, в частности, методом электронно-лучевого плавления. Тогда имплантаты можно “печатать” индивидуально под каждого пациента. Такой подход уже используется в разных странах. Например, в Швеции, где в Университете Центральной Швеции (г. Эстерсунда) работают наши коллеги-ученые, — рассказывает один из авторов статьи, инженер-исследователь центра “Физическое материаловедение и композитные материалы” Екатерина Чудинова. — Однако титан сам по себе — инертный металл, клетки с ним плохо взаимодействуют, и внутри организма он может отторгаться. Это серьезная проблема для современной имплантологии. Поэтому для титана необходимо найти покрытие, биологически совместимое с окружающей костной и мышечной тканью».

Кроме того, ванадий и алюминий, входящие в составе ВТ6, — токсичные элементы. Поэтому покрытие для таких имплантатов должно решать сразу две задачи — защищать организм пациента от алюминия и ванадия, а также помогать имплантату лучше приживаться.

«Мы предлагаем использовать покрытие из сферических наночастиц кальций-фосфата. Это соединение — минеральная составляющая человеческой кости. Поэтому организм не воспринимает его как чужеродный элемент. С одной стороны, покрытие дает защиту от алюминия и ванадия, с другой повышает биосовместимость всего имплантата», — говорит Екатерина Чудинова.

Фото: схема синтеза кальций-фосфатных наночастиц и их электрофоретического осаждения на Ti6Al4V скаффолды

 

Для экспериментальной части исследования ученые ТПУ создавали из сплава ВТ6 специальные скаффолды — по сути это каркасы, которые служат основой для роста новой ткани в регенеративной медицине. Их изготавливали методом электронно-лучевого сплавления. А затем методом электрофоретического осаждения на них наносили покрытие — около 11 микрометров — из наночастиц кальций-фосфата.

Это исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Как отмечает старший научный сотрудник центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ и руководитель проекта РНФ Мария Сурменева, биологические исследования на клетках проводились в Санкт-Петербурге. Они продемонстрировали, что модифицирование поверхности кальций-фосфатными наночастицами, приводящее к значительным уменьшения угла смачиваемости, а значит — к улучшению гидрофильности поверхности, усиливает адгезию и рост клеток. Это говорит о том, что они будут лучше прирастать к поверхности. По словам исследователей, им первым удалось нанести на титановые подложки, сделанные методом электронно-лучевого плавления, покрытие из кальций-фосфата и при этом получить супергидрофильное покрытие.

Добавим, исследование проводится в сотрудничестве с Университетом Центральной Швеции, Университетом Дуйсбург-Эссен (Германия), Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого и Первым Санкт-Петербургским государственным медицинским университетом им. И.П. Павлова. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда и Российского фонда фундаментальных исследований.

Похожие новости

  • 02/01/2017

    Главные научные события 2016 года: секвенирование экзома, перепрограммирование клеток и трансфер технологий

    Редакция STRF.ru выяснила у представителей российского сектора исследований и разработок, что они считают главным научным событием 2016 года, каких наиболее значимых результатов они и их научные коллективы достигли в уходящем году, а также каковы их планы на 2017-й.
    1528
  • 27/12/2018

    Томские ученые создали новый метод экологического мониторинга на основе мхов

    ​Группа физиков и биологов Томского политехнического университета и Томского государственного университета создала систему мониторинга на основе мхов. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
    708
  • 11/05/2017

    Ученые ТПУ создают «зеленые» технологии

    ​​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из-за рубежа работают над созданием технологий в области "зеленой" химии, которые позволят заменить вредные для окружающей среды токсичные металлы на йод, рассказал журналистам завкафедрой технологии органических веществ и полимерных материалов вуза Мехман Юсубов.
    1030
  • 21/01/2019

    Томские радиофизики создают систему ранней диагностики рака молочной железы

    ​Радиофизики ТГУ разрабатывают устройство, которое будет способно на ранней стадии выявлять рак молочной железы, а также проводить неинвазивную диагностику крови и заболеваний внутренних органов с помощью радиоволн.
    562
  • 19/10/2017

    СибГМУ получил лицензию на производство лекарств

    ​Сибирский государственный медицинский университет получил лицензию Минпромторга РФ на осуществление производства лекарственных средств. Томский вуз стал первым в стране медуниверситетом с подобной лицензией, сообщила ректор СибГМУ Ольга Кобякова.
    808
  • 01/07/2016

    Томские ученые создают аппарат для гемодиализа размером с наручные часы

    ​Исследователи Томского государственного университета научились изменять свойства цеолитов и планируют в течение года создать новый материал для гемодиализного портативного устройства. Возможно, уже через два года у пациентов появится возможность делать процедуру в домашних условиях и путешествовать.
    2078
  • 05/02/2019

    Томские ученые разработали новейшие технологии изготовления твердооксидного топлива

    ​Старший научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Степан Линник и его команда разработали ионно-плазменные методы формирования тонкопленочных твердооксидных топливных элементов.
    127
  • 07/09/2016

    ТПУ начнет коммерческие поставки фосфора-32 для биохимиков и онкологов

    ​Томский политехнический университет (ТПУ), который организовал единственное в России производство дефицитного радиоактивного изотопа фосфора-32, начнет коммерческие поставки этого препарата в следующем году, сообщил директор Физико-технического института ТПУ Олег Долматов.
    988
  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    1333
  • 07/11/2017

    ТПУ и Токийский столичный университет будут развивать перспективные направления сотрудничества

    ​Перспективные направления сотрудничества Томского политехнического университета и Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University) обсудили в пятницу представители двух вузов. С рабочим визитом Томский политех посетили вице-президент по международным связям токийского вуза Такая Охаши и координатор международного сотрудничества Сатоми Сузуки.
    605