Во Владивостоке разработали защитное покрытие для биоразлагаемых магниевых имплантатов

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.