Ученые Томского государственного университета сравнили три способа нанесения лекарственного покрытия на костные имплантаты и выяснили, что вакуумный и ультразвуковой методы обеспечивают наилучшую биосовместимость. При таких покрытиях клетки активнее прикрепляются к поверхности имплантата, успешно размножаются и не повреждаются. Это значит, что имплантаты будут лучше приживаться, снизится риск хронического воспаления и отторжения. В экспериментах in vitro («в пробирке») уровень разрушения эритроцитов (гемолиза) не превысил 1,2%, что соответствует мировым стандартам безопасности для материалов, контактирующих с кровью.
Традиционные методы лечения — таблетки или уколы — не всегда эффективны, когда лекарство должно работать строго в одном месте. Например, после установки костного имплантата может потребоваться длительная местная терапия: противовоспалительная, антибактериальная или стимулирующая рост костной ткани. При обычном приеме препарат разносится по всему организму, быстро выводится и часто не достигает нужной концентрации в зоне имплантации. Альтернатива — имплантаты с контролируемым высвобождением лекарств, которые сами выделяют их прямо там, где необходимо.
Одним из перспективных соединений считается бамбуз[6]урил — макроциклическая молекула, способная связывать и удерживать различные соединения за счет структуры своей полости. В перспективе такие молекулы могут использоваться как элементы покрытий для имплантатов с контролируемым взаимодействием с лекарственными веществами. Однако эффективность таких систем зависит от того, насколько равномерно и стабильно соединение распределяется по поверхности материала.
Изучить поведение бамбуз[6]урил на имплантатах взялся научный коллектив сотрудников лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ и Центра исследований в области материалов и технологий химического факультета ТГУ. Исследование поддержано программой развития ТГУ «Приоритет 2030».
На данном этапе мы исследовали, прежде всего, способность бамбус[6]урила формировать стабильное покрытие на поверхности пористого никелида титана. Сама структура Bu[6] позволяет рассматривать широкий спектр потенциальных соединений — от антибактериальных и противовоспалительных веществ до стимуляторов регенерации костной ткани. В качестве модельных соединений мы изучали возможность инкапсуляции таких препаратов, как лидокаин и бензокаин, и получили данные о принципиальной способности бамбусурила удерживать подобные молекулы,
— уточняет заведующая лабораторией медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ и лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов Научного управления ТГУ Екатерина Марченко.
Коллектив проекта использовал три способа нанесения Bu[6] на пористый никелид титана: простое погружение в раствор, ультразвуковую обработку и вакуумирование.
Оценивали качество покрытия с помощью ИК-спектроскопии, электронной микроскопии, термического анализа. Отдельное внимание исследователи уделили биосовместимости функционализированной поверхности. В экспериментах in vitro («в пробирке») уровень гемолиза для всех образцов не превышал 1,2%, что соответствует требованиям к биоматериалам, контактирующим с кровью. Показатели цитотоксичности также оставались низкими.
При сравнении методов нанесения наиболее перспективными с точки зрения клеточной совместимости оказались вакуумирование и ультразвуковая обработка: в этих случаях клетки лучше прикреплялись к поверхности и активнее размножались. Для реальных имплантатов это особенно важно, поскольку именно раннее взаимодействие поверхности с клетками во многом определяет успешность интеграции имплантата с тканью и снижение риска осложнений. В целом мы показали, что данные макроциклические соединения в сочетании с пористым никелидом титана не оказывают негативного влияния на клетки,
— рассказывает Екатерина Марченко.
При этом при переходе к системам с инкапсулированными лекарственными веществами потребуется дополнительная оценка биологической совместимости и функциональных свойств покрытия.
Тесты на равномерность покрытия показали, что самое равномерное распределение Bu[6] по поверхности пористого никелида титана дает метод погружения. При ультразвуковой обработке молекулы собирались в кластеры — небольшие скопления, которые видны на поверхности. А вакуумный метод обеспечил наибольшую плотность молекул, и при этом покрытие проникало внутрь пор, что особенно важно для пористых имплантатов.
Выводы по итогам эксперимента важны для дальнейшего развития систем типа «гость–хозяин», в которых макроциклические соединения могут выступать в качестве платформы для удержания и контролируемого высвобождения биологически активных молекул на поверхности имплантатов. Результаты могут использоваться при дальнейшем создании композитных материалов на основе никелида титана с потенциальной возможностью локального высвобождения биологически активных веществ. В ближайших планах ученых — изучение биокомпозитов и их адаптация под конкретные медицинские задачи.
В перспективе ученые ТГУ займутся исследованием кинетики высвобождения лекарств. Предполагаемый период локального высвобождения препарата будет зависеть от химической природы активного вещества и способа модификации поверхности имплантата.
Исследование опубликовано в журнале Biomedical Materials.
Источник: Минобрнауки России
