Коллектив исследователей Университета МИСИС, МГУ им. М.В. Ломоносова и НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина разработал эффективную методику повышения антибактериальных свойств сверхупругих титановых сплавов при помощи наночастиц золота и лекарственных препаратов. В перспективе этот метод поможет сократить количество послеоперационных бактериальных инфекций у пациентов. Имплантаты, выполненные из этого материала, будут не только прочнее, но и безопаснее.
Одним из наиболее перспективных материалов в биомедицине является сверхупругий сплав титана с цирконием и ниобием. Он обладает повышенной биосовместимостью, способен имитировать механическое поведение кости и более долговечен при повторяющихся нагрузках. Однако установка имплантата, несмотря на стерильность операции, нередко сопровождается инфекцией из-за индивидуальной восприимчивости организма. В некоторых случаях бактерии образуют биопленку на поверхности сплава. Воспаления, возникающие на стыке костной ткани и металла, трудно подавить с помощью традиционной противомикробной терапии.
«Мы предложили новый метод антибактериальной обработки, который состоит из нескольких этапов: формирование пористого слоя на поверхности сплава, осаждение наночастиц золота и привязка к ним антибиотика гентамицина через промежуточную аминокислоту — цистеин. Это позволяет повысить антибактериальную защиту после операции за счет местного воздействия. Предложенный способ также учитывает вопрос роста устойчивости бактерий к антибиотикам, поскольку доза препарата значительно снижается», — рассказал к.т.н. Антон Конопацкий, старший научный сотрудник НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Ученые синтезировали наночастицы золота разного размера: 3–5 нм и более крупные, до 100 нм. Образцы с более мелкими наночастицами показали наилучшие результаты: у них наблюдалось ускоренное разрастание остеобластических клеток, а также был более высокий антибактериальный эффект при гораздо меньшем содержании золота. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials Today Chemistry (Q1).
«Результаты исследования демонстрируют, что сверхупругие сплавы — перспективный материал для замены костной ткани. Уже было известно, что эти сплавы обладают высокой биомеханической совместимостью, теперь также стало понятно, что их поверхности можно придать улучшенные антибактериальные свойства», — поделилась к.т.н. Татьяна Теплякова, инженер кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС.
В дальнейшем ученые планируют расширить список лекарственных препаратов, которыми можно обработать поверхность сплава. Это обеспечит более гибкий подход к борьбе с инфекцией при операциях по замене костной ткани, а также позволит придать сплавам новые свойства, такие как биоактивность.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-10299 и № 20-79-10286-П), а также в рамках реализации стратегического проекта НИТУ МИСИС «Биомедицинские материалы и биоинженерия» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030».