Ученые НИТУ МИСИС в составе международного коллектива предложили технологию нанесения бактерицидных покрытий на титановые протезы, напечатанные на 3D-принтере. Подход не требует дорогостоящего оборудования, легко масштабируется и интегрируется в производственную цепочку ортопедических имплантатов.

Благодаря активному развитию аддитивных технологий ученые уже умеют создавать уникальные по форме и структуре имплантаты, полностью адаптированные под конкретного пациента. Однако инфицирование после установки ортопедических протезов остается одной из наиболее серьезных проблем современной медицины.

«Одно из самых быстроразвивающихся направлений в современной медицине — 3D-печать, обеспечивающая создание индивидуальных имплантатов с высокой точностью и биосовместимостью. Сложная геометрия таких медизделий затрудняет нанесение любых покрытий. Исследователи Университета МИСИС разработали новую технологию нанесения антибактериальных покрытий на персонализированные имплантаты. Кроме защиты от инфицирования, такие покрытия позволят улучшить совместимость медицинского изделия с нативными тканями», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Исследователи выяснили, какие дозировки серебра, меди и цинка справляются с бактериями и грибами в разных средах наиболее эффективно, а также опробовали несколько способов нанесения антимикробных составов с помощью доступных и легко масштабируемых электрохимических методов.

«Мы экспериментально выявили оптимальные концентрации металлов для защитного покрытия, так как они по-разному проявляют свою антимикробную активность. Ионы серебра повреждают мембрану и цитоплазму клеток бактерий, блокируют для них перенос кислорода, инактивируют ферменты и нарушают репликацию ДНК. Ионы меди производят реактивные формы кислорода, которые проникают в клетки бактерий и вызывают разрушение их мембран, ДНК и ферментов. Ионы цинка тоже производят реактивные формы кислорода и повреждают мембраны микробных клеток, а также формируют гидроксильные группы, которые препятствуют адгезии бактерий», — объяснил один из авторов статьи, старший научный сотрудник научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН, кандидат технических наук Константин Купцов.

Также ученые опробовали разные технологии нанесения покрытий: плазменно-электролитическое оксидирование, анодирование и катодное осаждение.

«Мы экспериментально подтвердили, что не только состав, но и технология нанесения защитного покрытия влияет на антибактериальную активность его компонентов. Так, плазменно-электролитическое оксидирование отдельно или в сочетании с катодным осаждением показало наилучшие результаты. Эта технология формирует микро- и нанопористый слои, содержащие бактерицидные металлы, ионы которых постепенно высвобождаются и воздействуют на бактерии», — отметил руководитель исследования, директор НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС, доктор физико-математических наук Дмитрий Штанский.

По мнению авторов, в перспективе на поверхность протезов дополнительно можно будет наносить гидроксиапатит — материал, похожий на минеральную часть костей — или добавлять белки, стимулирующие рост костной ткани.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник