Антибиотик в порах: учёные разработали многослойное покрытие для костных имплантатов

Учёные Института физики прочности и материаловедения СО РАН разработали многослойное покрытие для титановых имплантатов, в котором антибиотик размещается в порах кальций-фосфатного слоя, а полимерная плёнка сверху замедляет его высвобождение. Покрытие защищает металл от коррозии и имеет определённую шероховатость, необходимую для взаимодействия с клетками кости. Разработка поможет ускорить заживление ткани и восстановление пациентов после ортопедических и челюстно-лицевых операций, а также уменьшить риск повторных вмешательств. Результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в журнале Materials and Corrosion.

Проблема в том, что примерно в 33% случаев имплантаты не приживаются и требуют повторной операции из-за бактериальных инфекций и нестабильности компонентов, в том числе вызванных коррозией металла. Существующие покрытия-«доставщики» антибиотиков высвобождают препарат неконтролируемо и слишком быстро, из-за чего эффективность борьбы с бактериями снижается. Авторы нанесли на титановую пластину тонкий пористый слой фосфата кальция методом микродугового оксидирования — этот материал по составу и структуре напоминает минеральную основу человеческой кости. Затем в поры, как в губку, впитали раствор антибиотика ванкомицина и закрыли его слоем совместимого с тканями сополимера полимолочной и полигликолевой кислот, который в организме медленно и безопасно растворяется.

Меняя количество полимера, учёные создали образцы с разной толщиной защитного слоя — от 53 до 70 микрометров; чем толще слой, тем плотнее и глаже поверхность. Эксперименты показали, что многослойное покрытие повышает коррозионную стойкость титана на пять порядков, но даже с полимером на поверхности сохраняются микроскопические шероховатости, нужные для присоединения живых клеток. Как отметила руководитель проекта Екатерина Комарова, в дальнейшем предстоят тесты с культурами клеток и лабораторными животными, чтобы проверить биосовместимость и равномерное длительное высвобождение антибиотика. Внедрение таких покрытий в клинику потенциально снизит риск отторжения имплантатов и количество повторных операций.

Фото: младший научный сотрудник, аспирант Елизавета Акимова. Источник: Екатерина Комарова / Институт физики прочности и материаловедения СО РАН.