Биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния
Российские учёные разработали биоразлагаемые защитные покрытия для имплантатов на основе магния. Защитный слой позволит избежать преждевременной коррозии и разрушения металлических конструкций, а также поможет ускорить заживление травм и предотвратить отторжение имплантата.
Результаты исследования опубликованы в Journal of Magnesium and Alloys.
Для лечения переломов могут быть полезны биорезорбируемые имплантаты на основе магния. Они хороши тем, что постепенно растворяются и выводятся из организма после образования новой костной ткани на месте травмы. Такие имплантаты не токсичны и обладают высокой прочностью, а основной их компонент (магний) входит в состав костной ткани и способствует минерализации костей.
Но у магниевых сплавов есть недостаток — они склонны к быстрой коррозии, окислению под воздействием хлорид-ионов, которые входят в состав почти всех жидкостей организма. Процесс коррозии будет замедлять заживление повреждённых тканей из-за накопления пузырьков водорода и местного подщелачивания среды в результате окисления магния. Нужен способ сделать магниевые имплантаты более устойчивыми.
Группа специалистов из Института химии ДВО РАН (Владивосток) предложила использовать композиционный оксидный слой как защитное покрытие для имплантатов на основе магниевых сплавов. Наносить его на поверхности можно методом плазменного электролитического оксидирования в растворе, который состоит из нетоксичных химических соединений. Российским химикам удалось создать слой, все компоненты которого — магний, кальций, натрий, фосфор и кремний — присутствуют в человеческом организме в качестве микроэлементов, благодаря этому вероятность отторжения имплантата будет очень низкой. Кроме того, покрытие содержит гидроксиапатит (естественный компонент костной ткани), оно биоразлагаемо и нетоксично.
Морфологический анализ полученного покрытия показал, что оно имеет неоднородную поверхность с большим количеством пор и микродефектов. Она повторяет микроструктуру костной ткани, что должно способствовать процессу деления клеток и заживлению травмы.
Авторы работы экспериментально оценили защитные свойства сплава с предложенным покрытием, выдерживая его в среде для культивирования клеток млекопитающих (в растворе, включающем как неорганические, так и органические компоненты, которые входят в состав плазмы крови человека). Оказалось, что дополнительный защитный слой существенно улучшает антикоррозионные свойства материала. Учёные также установили механизм деградации покрытия. Так, в результате взаимодействия защитного слоя с компонентами среды и магний-кальциевой подложкой сплава в порах покрытия и на поверхности образовались гидроксиапатитсодержащие продукты, что способствует формированию новой костной ткани.
«Предложенное нами биосовместимое покрытие поможет замедлить разрушение биорезорбируемых имплантатов на основе магниевых сплавов. Кроме того, разработанные поверхностные слои повышают биоактивность имплантационного материала, что ускорит восстановление поврежденной костной ткани. Это, в свою очередь, увеличит продолжительность активного периода жизни человека. В дальнейшем мы планируем повысить функциональность таких покрытий за счет загрузки различными компонентами, обеспечивающими устойчивость имплантатов в организме», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, доктор химических наук, профессор РАН Андрей Гнеденков, ведущий научный сотрудник Института химии ДВО РАН.