Подход к улучшению свойств имплантатов для костной ткани в одну стадию предложили томские ученые
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) в составе научной коллаборации предложили одноэтапный подход, позволяющий улучшить свойства отечественных пористых полимерных имплантатов для замещения дефектов костной ткани и сокращения срока реабилитации пациентов после операций. Новый метод может быть реализован за считанные минуты и с использованием стандартного лабораторного оборудования, что делает его перспективным для разработки персонализированных имплантатов.
Ранее предложили наносить на поверхность имплантатов, изготовленных с помощью 3D-печати из отечественного полимера фторопласта, частицы гидроксиапатита – минерального компонента кости, который способствует прикреплению и размножению клеток костной ткани. Подход основан на обработке поверхности имплантата специально подобранным составом растворителей с одновременным захватом микрочастиц гидроксиапатита. Эта обработка позволяет сформировать набухший слой полимера, к которому «приклеиваются» частицы гидроксиапатита.
«Сополимеры винилиденфторида – перспективные материалы для создания имплантатов, замещающих дефекты костной ткани, благодаря высоким прочностным характеристикам, химической стабильности и пьезоэлектрической активности. Однако их существенный недостаток – биологическая инертность поверхности, приводящая к неудовлетворительной интеграции с костной тканью пациента. В данном исследовании мы предлагаем одноэтапный подход к иммобилизации гидроксиапатита на поверхности пористых имплантатов сложной формы, изготовленных из сополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена», – говорит руководитель работ, научный сотрудник Центра аддитивных технологий общего доступа ТПУ Семен Горенинский.
По словам ученых, ранее предложенный метод был успешно применен для модификации плоских поверхностей имплантатов из фторполимеров, однако костные имплантаты обычно имеют пористую структуру, что создает проблему с сохранением их морфологии, пьезоэлектрических свойств и прочности после иммобилизации микрочастиц гидроксиапатита. Тогда как новый, улучшенный подход позволяет контролируемо нанести гидроксиапатит на поверхность имплантатов без ущерба для механической или функциональной целостности.
Образцы пористых имплантатов были изготовлены методом 3D-печати из филамента (полимерной нити), изготовленной из порошка сополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена отечественного производства. Затем анализировались морфология, элементный состав, гидрофильность поверхностей, проводилось испытание на сжатие. Адгезия и дифференцировка стволовых клеток проверялись in vitro с использованием стволовых клеток костного мозга.
«Проведенные эксперименты показали, что иммобилизация микрочастиц гидроксиапатита не изменила механическую прочность или кристаллическую структуру имплантатов. Кроме того, она значительно улучшила адгезию стволовых клеток, что привело к образованию монослоя на поверхности имплантата. Это доказывает, что предложенный подход можно считать перспективным для разработки пористых персонализированных имплантатов для замещения костных дефектов», – добавил Семен Горенинский.
В исследовании приняли участие сотрудники Центра аддитивных технологий общего пользования ТПУ, НОЦ Б.П. Вейнберга Инженерной школы ядерных технологий ТПУ, университета «Сириус», Федерального научно-клинического центра ФМБА России, Сеченовского Университета и МГУ им. Ломоносова. Результаты опубликованы в журнале Surfaces (Q2, IF: 2.9).