Ученые разработали покрытия для имплантатов, устойчивые к кишечной палочке и стафилококку

Ученые НИТУ «МИСиС» разработали новое антибактериальное покрытие для имплантатов, позволяющее предотвратить их отторжение и развитие инфекции под воздействием антибиотико-резистентных бактерий. Разработанный материал обладает высокой биосовместимостью и может найти широкое применение, в том числе, в имплантологии и черепно-челюстно-лицевой хирургии. Исследование опубликовано в журнале Applied Surface Science.  

Принцип работы антибактериального покрытия

Несмотря на то, что имплантация в последние годы показывает хорошие результаты в раннем послеоперационном периоде, риски отдаленных осложнений, связанных с развитием воспаления тканей, окружающих остеоинтегрированный имплантат, все еще сохраняются.

Наиболее вероятной причиной развития таких воспалений может быть проникновение инфекции в зону контакта имплантата с костью. Особую опасность представляют антибиотикорезистентные бактерии, такие как кишечная палочка и золотистый стафилококк. Решением проблемы вторичных воспалительных осложнений могут стать антибактериальные покрытия для имплантатов.

Тем не менее, создание антибактериальных, но при этом биосовместимых и биоактивных поверхностей, – это проблема, которую научное сообщество решает на протяжении многих лет. До сих пор материалы, полностью отвечающие всем этим критериям, до сих пор синтезированы не были.

Ученые НИТУ «МИСиС» создали инновационное мультикомпонентное покрытие на основе оксида титана, позволяющее предотвратить развитие бактериальной инфекции. Покрытие дополнительно модифицировано кальцием, фосфором, кремнием и бором методом дугового оксидирования, что позволяет повысить биоактивность материала. Затем в получившийся материал методом ионной имплантации были введены частицы меди и серебра.

Синтезированное российскими учеными покрытие обладает оптимальной структурой, а модификация биоактивными элементами позволяет добиться более эффективной остеоинтеграции. Кроме того, такое покрытие способствует минерализации прилегающей костной ткани.

Результаты исследований in vitro показали высокую клеточную совместимость и продемонстрировали стопроцентную бактерицидную эффективность в отношении устойчивого к антибиотикам бактериальных штаммов кишечной палочки и золотистого стафилококка. Добавление частиц бора позволило добиться усиленного биоцидного эффекта. По словам разработчиков, такое покрытие может найти применение, в том числе, в имплантологии и черепно-челюстно-лицевой хирургии.

«Актуальность разработки объясняется увеличивающейся потребностью в операциях по эндопротезированию костных имплантатов, связанной со старением населения и более широким распространением дегенеративных заболеваний. Титан и его сплавы на сегодняшний день являются наиболее широко используемыми материалами для замены поврежденных участков костной ткани. Но титан не обладает ни биоактивностью, ни антибактериальной активностью. При этом известно, что процесс остеоинтеграции зависит в том числе от таких факторов как химический состав поверхности и ее морфология. Также известно, что инфекционные осложнения при эндопротезировании – одна из значимых медицинских и социально-экономических проблем, способом решения которой может стать комплекс мер по предотвращению образования биопленки на поверхности имплантата», – поясняет один из соавторов исследования Анастасия Попова, студентка 2 курса магистратуры программы iPhD «Биоматериаловедение» НИТУ «МИСиС», сотрудница Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСиС-ИСМАН. Работа выполнена в рамках международного научного проекта Россия-Индия, финансируемого РФФИ.