Ученые Института химии Дальневосточного отделения РАН разработали гибридное защитное покрытие, позволяющее контролировать скорость деградации временных имплантатов на основе магния. Со временем ученые надеются создавать полностью 3D-печатные, растворимые, персонализированные металлические имплантаты.
Изображения гибридных покрытий, пропитанных олеатом натрия и поликапролактоном в различных концентрациях, и распределения элементов по толщине защитных слоев
Модифицированный слой из оксида магния, соли органической кислоты омега-9 и биоразлагаемого полимера замедлил разрушение металла от коррозии в шесть раз и обеспечил контролируемое растворение материала. Изобретение поможет костям правильно срастаться после сложных переломов и избавит пациентов от повторных операций по извлечению конструкции, сообщает пресс-служба Российского научного фонда.
Временные имплантаты в виде пластин, винтов или сеток используют при лечении сложных переломов, когда требуется надолго зафиксировать кости в правильном положении, однако извлечение таких конструкций после выздоровления требует повторных хирургических вмешательств. Во избежание повторных операций можно изготавливать имплантаты из биоразлагающихся материалов, то есть способных полностью растворяться в организме. К ним относятся сплавы на основе магния — элемента, присутствующего в организме человека и по механическим характеристикам соответствующего свойствам натуральной кости.
Сейчас магний применяется в хирургии лишь для изготовления стентов, расширяющих кровеносные сосуды, поскольку этот металл сильно подвержен коррозии. Под действием биологических жидкостей он растворяется в течение одного-трех месяцев. Этого времени недостаточно для полного сращивания костей, к тому же в процессе вырабатываются токсичные вещества, замедляющие заживление. Замедлить коррозию может многокомпонентная оксидная пленка, формируемая на поверхности металла при высоком напряжении в специальном электропроводящем растворе, однако такое защитное покрытие имеет пористую структуру, из-за чего небольшое количество жидкости может проникать в имплантат, способствуя разрушение.
Ученые Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук разработали способ заполнения пор оксидного покрытия материалом, замедляющим растворение магниевого сплава, снижающим высвобождение токсичных для организма веществ и делающим покрытие самовосстанавливающимся. Для этого после электрохимической обработки, формировавшей оксидный слой, изделия погружали в раствор биоразлагаемого полимера поликапролактона и олеата натрия — соли органической кислоты омега-9. Олеат натрия снижает химическую активность металлов, значительно замедляя коррозию, при этом он биосовместим и широко применяется в медицине и фармакологии, поскольку омега-9 входит в состав клеток человека и животных. Поликапролактон, также активно используемый в медицине, герметизировал пористые части оксидных покрытий, пропитанные олеатом натрия, тем самым обеспечив постепенное высвобождение и продление защитного действия.
Исследователи протестировали опытные образцы из магниевого сплава без покрытия, сплава с пористым защитным слоем и с гибридными покрытиями в разных концентрациях. После недельной выдержки в солевом физиологическом растворе скорость коррозии у изделий с гибридной защитой оказалась до шести раз ниже, чем у образцов с пористым слоем без пропитки. При этом покрытия продемонстрировали способность к самовосстановлению: при механических повреждениях на гибридном слое образовывалась новая защитная пленка.
«Со временем с помощью аддитивных технологий, позволяющих послойно формировать трехмерные конструкции, можно будет печатать персонализированные временные имплантаты для каждого пациента. Постепенно растворяясь в организме, в процессе выздоровления они будут замещаться костной тканью. Разработанное нами защитное покрытие позволило контролировать скорость саморастворения магниевых конструкций, а также исключить возможное токсическое действие имплантата. Дальнейшие испытания имплантатов с гибридным покрытием на лабораторных животных помогут подтвердить эффективность данного подхода в медицинской практике. Кроме того, мы протестируем аналогичные покрытия из других биосовместимых соединений, которые могут обладать еще и антибактериальными свойствами», — прокомментировал руководитель исследования, профессор Андрей Гнеденков.
Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.