Прототипы биоразлагаемых ортопедических имплантатов создали в Томске

Ученые Института физики прочности и материаловедения СО РАН предложили комплексный подход для разработки прототипов имплантатов из биорезорбируемого магниевого сплава с нанесенным на них сложным трехслойным покрытием.

Такие винты и пины растворяются в организме после восстановления костной ткани. В результате пациент сможет избежать операции по их извлечению. 

«Наша лаборатория физики наноструктурных биокомпозитов в течение длительного времени успешно работает над созданием различных биоматериалов на основе не вызывающих отторжения металлов и сплавов, к числу которых относятся столь широко известные сегодня титан, ниобий, цирконий и их сплавы. При этом мы занимаемся разработкой как самих материалов, так и наносимых на них биопокрытий различного типа, в том числе и защитных. Сейчас одним из самых перспективных сплавов является магниевый, способный активизировать рост костной ткани и растворяться затем в организме. Однако для его широкого внедрения в медицину нужно научиться контролировать скорость его резорбции (растворения) в организме», — рассказал главный научный сотрудник и заведующий лабораторией физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН профессор Юрий Шаркеев.

Для достижения нужной механической прочности магниевого сплава с помощью интенсивной пластической деформации ученые изменили его привычную крупнокристаллическую структуру на ультрамелкозернистую. Это нужно для того, чтобы после проведенной операции медицинское изделие в течение 3-4 месяцев могло выдерживать оказываемые организмом на изделие нагрузки, пока оно растворяется, замещаясь новой костной тканью.

Следующим шагом стала  разработка оптимальных составов трехслойных биоактивных и защитных покрытий, получаемых в результате модификаций поверхности сплава. Это нужно, чтобы винты или пины простояли отведенный срок, не растворившись раньше времени, а микроэлементы, входящие в состав покрытия, стимулировали восстановление кости (без такой защиты имплантат из магниевого сплава в среднем растворяется за месяц).

По словам  исследователей, структура такого медицинского изделия напоминает трехслойный пирог. Как пояснил научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов ИФПМ СО РАН Константин Просолов, первый слой, наносимый с помощью микродугового оксидирования, — это кальций-фосфатное покрытие с остеокондуктивным микроэлементом — стронцием. В пористую структуру этого покрытия можно внедрять препараты, способствующие росту костной ткани. Второй слой — это полимер PLGA, состоящий из молочной и гликолевой кислот. Этот слой должен инкапсулировать и изолировать пористую структуру кальцийфосфатного покрытия, чтобы предотвратить растворение изделия на ранних этапах имплантации. Толщина этого слоя регулирует скорость растворения композита. Наконец, третий слой покрытия состоит из оксида титана или циркония. Его функция — увеличить биосовместимость и механические свойства поверхности композита. Наносится третий слой методом высокочастотного магнетронного распыления.

Ученые также разработали специальный прибор-приставку для проведения циклических механических испытаний имплантатов в среде, имитирующей биологическую среду организма. С его помощью они исследуют физико-химические свойства модельных медицинских изделий на каждом этапе модификации их поверхности.

Исследование выполняется при поддержке Российского научного фонда.