​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.

Источники

Российские и германские ученые повышают биосовместимость 3D-печатных имплантатов
3dtoday.ru, 13/02/2019
Ученые ТПУ разработали неотторгаемое покрытие для титановых имплантатов
ИА Regnum, 13/02/2019
Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 13/02/2019
Ученые ТПУ придумали, как снизить риск отторжения имплантатов
РИА Томск (riatomsk.ru), 13/02/2019
Предложено супергидрофобное покрытие для имплантатов
Индикатор (indicator.ru), 13/02/2019
Предложено супергидрофобное покрытие для имплантатов
Nanonewsnet.ru, 16/02/2019
Предложено супергидрофобное покрытие для имплантатов
SMIonline (so-l.ru), 16/02/2019
Российские и германские ученые повышают биосовместимость 3D-печатных имплантатов
Российский фонд фундаментальных исследований (rfbr.ru), 19/02/2019
Покрытие для имплантатов
Стимул (stimul.online), 21/02/2019
Исследователи ТПУ совместно с коллегами из РФ и из-за рубежа предложили супергидрофильное покрытие для имплантатов
1k.com.ua, 28/02/2019
Исследователи ТПУ совместно с коллегами из РФ и из-за рубежа предложили супергидрофильное покрытие для имплантатов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 27/02/2019
Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ
Nanonewsnet.ru, 02/03/2019
Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ
Nagg.in.ua, 02/03/2019

Похожие новости

  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    1003
  • 10/12/2020

    Томские ученые модифицируют покрытия для имплантов с помощью ксенона

    ​​​Научная коллаборация Томского политехнического университета (ТПУ), Сибирского государственного медуниверситета (СибГМУ) и Балтийского федерального университета разработала технологию нанесения кальций-фосфатных покрытий на медицинские импланты в газовой среде; исследование показало, что использование ксенона делает покрытия более долговечными, сообщает 9 декабря пресс-служба ТПУ.
    579
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    579
  • 11/12/2020

    Почему земля вкусная: ученые ТПУ ищут "рецепт" от загадочных болезней

    ​​​Ученые Томского политеха (ТПУ) отправились в экспедицию на Алтай, где будут методами биогеохимии изучать причины геофагии (поедания почвы) животных. Такие исследования прошли в Приморье и предстоят в Забайкалье, в комплексе они расскажут, как окружающая среда и геология местности влияют на живые организмы.
    585
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    611
  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике.
    554
  • 10/03/2021

    Изучение планктона цифровой голографической камерой поможет экологии

    Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.
    384
  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    1865
  • 26/02/2021

    Новый способ утилизации углекислого газа из атмосферы с помощью энергии плазмона предложили в ТПУ

     Исследователи Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии нашли способ использования атмосферного углекислого газа для получения циклических карбонатов. Это органические соединения, которые применяют как электролиты литий-ионных батарей, «зеленые» растворители, а также при создании лекарств.
    708
  • 23/12/2020

    Директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Марина Трусова: «Все силы и средства идут на развитие школы»

    ​​О главных событиях и достижениях 2020 года и планах на будущее рассказала директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Марина Трусова.    Мегагранты Год для коллектива нашей школы был ярким и богатым на события.
    510