Разработанные исследователями ТПУ биоактивные и биоинертные покрытия для титановых имплантатов, применяемые в травматологии и ортопедии, прошли стадию доклинических испытаний. Эта одна из немногих подобных разработок, представленных на российском рынке. Модифицированные имплантаты по сравнению с существующими аналогами обладают лучшей биосовместимостью и коррозийной стойкостью, а также сокращают сроки восстановления костной ткани.
Исследование проводилось при поддержке программы «Приоритет 2030». Результаты работы ученых опубликованы в Journal of Functional Biomaterials. Сегодня в медицинской практике широко применяются аддитивные технологии, в частности, 3D-печать. Их использование позволяет изготавливать имплантаты индивидуальной формы и размера под конкретного пациента. При этом модифицирование поверхности таких имплантатов, то есть нанесение на их поверхность покрытий для придания им биоактивных свойств, является нетривиальной задачей.
Ученые Томского политеха разработали и изучили три различных типа покрытий: одно оксидное и два кальций-фосфатных. Они были сформированы и нанесены методом микродугового оксидирования. Этот метод имеет ряд важных технологических преимуществ — он экономичен, прост, экологически безопасен и имеет высокую производительность.
«Кальций-фосфатные покрытия являются биоактивными, то есть способствуют в процессе эксплуатации формированию новой костной ткани. Они перспективны для восстановления крупных костных дефектов. Оксидные покрытия — биоинертные, применяются в случаях, когда требуется последующее удаление имплантата. Особенность наших покрытий заключается в их пористой структуре: она может служить резервуаром для загрузки различных лекарственных препаратов. Кроме того, метод микродугового оксидирования дает возможность модифицировать поверхности самых сложных 3D-изделий», — рассказывает научный сотрудник Научно-образовательного центра Б. П. Вейнберга ТПУ Анна Козельская.
В рамках реализации проекта ученые провели комплекс исследований, начиная от физико-химических свойств, заканчивая клеточными in vitro и исследованиями на животных in vivo. Изучение покрытий проводилось с использованием метода рентгеновской компьютерной томографии на приборе, разработанном и собранном в международной научно-образовательной лаборатории «Рентгеновская оптика» ТПУ.
Исследованием биологических свойств покрытий занимались специалисты НИИ онкологии ТНИМЦ, исследованием коррозионных свойств — ученые Института химии ДВО РАН (Владивосток). Работа проводилась в кооперации с партнерами Томского политеха — Болгарской академией наук. Эксперименты показали, что разработанные материаловедами ТПУ покрытия отличаются повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью и улучшают сцепление имплантата с костной тканью.
«Реализация данного проекта позволила перейти к следующему этапу — разработке гибридных покрытий, содержащих биорезорбируемый композитный материал с антибактериальными препаратами. Разработкой уже заинтересовались наши партнеры — Госпиталь имени академика Бурденко в Москве и Военно-медицинская академия имени С. М. Кирова в Санкт-Петербурге. В настоящее время мы приступили к изготовлению пробных партий изделий с новыми покрытиями», — говорит руководитель проекта, доцент Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ Сергей Твердохлебов.