Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) установили, что применение аддитивных технологий позволяет создавать персонализированные версии имплантатов без угрозы для жизни пациентов, а их покрытие наночастицами серебра и кальций-фосфата препятствует росту бактерий. Результаты исследования опубликованы в журнале "Applied Surface Science".

По словам экспертов, рационально разработанные скэффолды со сложными пористыми структурами, имеют на несколько порядков большую площадь поверхности, чем монолитные биоматериалы. Таким образом, с увеличением площади имплантата растет и площадь, которую могут заселить бактерии. Вероятность ухудшения состояния пациента в таком случае значительно возрастает, что подтверждается наблюдениями микробиологов. На имплантате может образоваться бактериальная биопленка, вызывающая опасные для жизни осложнения. Например, сепсис.

В ходе исследования ученые оценили активность патогенных клеток Staphylococcus aureus, которые снижают эффективность хирургических имплантатов, на трехмерных пористых матрицах титанового сплава (скэффолдах), покрытых серебром и фосфатом кальция.

"Результаты показали, что скэффолды, покрытые наночастицами серебра и кальций-фосфата в определенной концентрации, препятствовали росту бактерий", – рассказал старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра "Физическое материаловедение и композитные материалы" Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Мария Сурменева.

Ученые отметили, что в настоящий момент на отечественном медицинском рынке отсутствуют имплантаты, выполненные непосредственно по размерам пациента.

Сурменева объяснила, что во время установки обычный заменитель кости необходимо "подгонять" по размерам пациента - удалять лишние элементы (обрезать длину спиц, подпиливать и шлифовать срезы). Это увеличивает риски попадания частиц металла в организм и может привести к осложнениям. Персонализированные имплантаты помогут снизить вероятность заражения в процессе операции и сократить ее длительность.

Эксперты утверждают, что создать индивидуальный имплантат можно с помощью скэффолдов, используя одну из технологий аддитивного технологий – электронно-лучевое плавление. Данный метод поможет не только оптимизировать размер имплантата, но и задать его структуру и форму, что будет способствовать лучшему прорастанию костной ткани.

Авторы исследования считают, что способ изменения поверхности с помощью серебра и фосфата кальция может представлять интерес для врачей и инженеров, поскольку полные аналоги данной разработки отсутствуют.

Особый интерес к разработке исследователей из Томска проявляет Швеция. Оборудование зарубежных коллег и опыт российских ученых вместе могут решить общую задачу - создание имплантатов по размерам пациента и улучшение их поверхностных свойств с использованием 3D-технологий.

В настоящее время ученые ТПУ работают над созданием скэффолдов из новых низкомодульных сплавов. По физико-механическим свойствам они более схожи с костной тканью, поэтому обладают преимуществами перед другими металлами, которые используют в имплантологии. Помимо этого авторы исследования продолжают искать новые способы обработки и изменения поверхности, создавая композиты с максимальным спектром биосовместимых свойств.

Источник