Томские материаловеды разрабатывают технологию 3D-печати биоразлагаемых имплантатов с антибактериальным эффектом

Ученые Института физики прочности и материаловедения СО РАН разрабатывают основы аддитивного производства отечественных полимермодифицированных композитов на основе цинка, упрочненных нанотрубками. Контролируемое растворение этих материалов в организме позволит избегать вторичных операций для извлечения ортопедических имплантатов, а добавление в полимерное покрытие инновационного антибиотика в совокупности с антибактериальными свойствами цинка предотвратит возникновение инфекций, сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.

«В отечественной медицине существует огромная потребность в новых биоматериалах для изготовления ортопедических имплантатов, обладающих необходимой механической прочностью, биосовместимостью и контролируемой скоростью биорезорбируемости, то есть растворения в организме и выведения из него после восстановления костной ткани. Очень перспективен для этого цинк, который еще называют «кальцием двадцать первого века», — рассказала руководительница проекта, научная сотрудница лаборатории нанобиоинженерии ИФПМ СО РАН Валентина Чебодаева.

Существенные недостатки металлических имплантатов из титана, титановых сплавов и сталей — необходимость в повторных операциях для извлечения и отсутствие антибактериальных свойств. Применение способных растворяться в организме магния, железа и цинка решает проблему повторных хирургических вмешательств и позволяет контролировать скорость резорбции.

Для получения имплантатов нового поколения на основе цинка потребуются разные компоненты. Во-первых, необходимы цинковые нанопорошки, получаемые из тонкой проволоки методом электровзрыва в лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов. Во-вторых, углеродные нанотрубки для придания изделиям необходимых механических свойств без потери пластичности. В-третьих, полимерная основа, обеспечивающая текучесть смесей нанопорошков с полимерной основой и нанотрубками для экструзионной 3D-печати. Варьируя размеры частиц цинкового нанопорошка, можно задавать свойства будущих изделий.

Ученым лабораторий нанобиоинженерии, физики наноструктурных композитов и физикохимии высокодисперсных материалов предстоит решить целый ряд исследовательских задач — подобрать оптимальные составы для изготовления имплантатов, освоить аддитивное производство и подобрать оптимальные параметры 3D-печати, разработать покрытия на основе биоразлагаемого сополимера PLGA с частицами синтезированного гидроксиапатита, идентичного минеральной составляющей костей. В состав этих покрытий будет введен фтортиазинон — разработанный в Национальном исследовательском центре эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи антибиотик нового поколения.

Ученые предполагают, что сначала этот антибиотик будет высвобождаться из полимерной основы покрытия PLGA, состоящей из молочной и гликолевой кислот, а потом за счет адсорбционно-ионного взаимодействия с частицами фосфата кальция. Контролируемое высвобождение антибиотиков на начальных этапах биодеградации имплантатов позволит минимизировать прием пациентами лекарственных препаратов в послеоперационные периоды. На более поздних стадиях антибактериальный эффект будут обеспечивать ионы цинка.

«Насколько нам известно, это первое исследование такой комбинации материала и молекулы. Каждый шаг от загрузки до кинетики выхода мы сравним с модельным «золотым стандартом» ванкомицином и подтвердим этапность и кинетики загрузки и выгрузки лекарственных средств экспериментально», — рассказала Валентина Чебодаева.

Исследование выполняется при поддержке Российского научного фонда. 

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.