Антибиотик ванкомицин в защитном покрытии магниевого имплантата предотвратит инфекции при протезировании костей
Ученые сформировали на образцах магниевого сплава кальций-фосфатное покрытие для костных имплантатов, содержащее антибиотик ванкомицин. Покрытие повысило коррозионную устойчивость сплава в два раза. При этом оно обладало выраженным антибактериальным действием, не подавляло рост человеческих клеток и предотвращало воспаление после имплантации образцов в ткани животных. Таким образом, полученные изделия повысят успешность и безопасность протезирования костей.
Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Magnesium and Alloys. Костные имплантаты обычно изготавливают из биоинертных металлов и сплавов, например титана. Такие соединения не растворяются в организме и в ряде случаев требуют удаления после восстановления костей. В отличие от них, магний и его сплавы удалять не нужно, так как они безопасно разлагаются и рассасываются в организме.
Однако магниевые сплавы обладают низкой коррозионной стойкостью, то есть со временем они разрушаются, а продукты коррозии могут вызывать воспалительные процессы в организме. Чтобы предотвратить коррозию магниевых сплавов, но при этом сохранить их способность к разложению, ученые разрабатывают биосовместимые защитные покрытия. Однако на данный момент многие из таких покрытий плохо связываются с основой имплантата, расслаиваются и трескаются.
Исследователи из Института химии ДВО РАН (Владивосток) с коллегами изучили, как покрытие из фосфатов кальция влияет на коррозионную стойкость и биосовместимость имплантатов из сплава на основе магния. Выбранное покрытие состояло из элементов, присутствующих и усваивающихся в организме человека.
Чтобы сформировать покрытие, авторы поместили магниевые образцы в раствор, содержащий соединения кальция и фосфора, и пропустили через него электрический ток. В результате на сплаве был сформирован гидроксиапатит — основной минеральный компонент костной ткани. Затем в образцы с покрытием внедрили антибиотик ванкомицин, который используется для борьбы с инфекциями, возникающими после имплантации. Авторы рассчитывали, что такая обработка антибиотиком снизит вероятность развития инфекций после помещения имплантатов в живой организм. Толщина покрытия не превышала 0,1 миллиметра, при этом кальций и фосфор распределились по нему равномерно. На поверхности образца сформировались поры разного диаметра, глубины и формы. Такая поверхность будет способствовать хорошей приживаемости имплантата за счет прорастания соединительной ткани человека в поры покрытия.
Также химики показали, что покрытие, содержащее гидроксиапатит, в два раза повысило коррозионную стойкость изделий. Таким образом, оно будет предотвращать преждевременное разрушение имплантата и неконтролируемое высвобождение ионов магния в организм.
Затем исследователи изучили антибактериальные свойства сформированных магниевых образцов с покрытием. Для этого авторы поместили образцы в чашки Петри с культурой клеток золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) — бактерий, образующих биопленки на медицинских имплантатах и в прилегающих тканях и вызывающих воспаление. Внедрение в покрытие антибиотика позволило эффективно уничтожать бактерии.
Ученые установили, что антибиотик интенсивно выделялся из пор покрытия в первые четыре дня эксперимента. Так как имплантат-ассоциированные инфекции с наибольшей вероятностью возникают именно в первые дни после операции, выделение антибиотика будет активно подавлять их развитие. С седьмых суток концентрация ванкомицина в моделируемой жидкости организма почти не менялась, а к 28 суткам антибиотик полностью высвободился из пор покрытия. Таким образом, спустя неделю после имплантации оставшиеся низкие концентрации препарата будут предотвращать возвращение инфекций и образование бактериальной биопленки, но не будут мешать прикреплению клеток человека к поверхности имплантата.
Кроме того, авторы проверили, не токсично ли покрытие. Для этого образцы смешали с клетками пигментного эпителия сетчатки человека — одной из самых популярных клеточных культур, используемой учеными для тестирования совместимости веществ с человеческими клетками. Образцы с покрытием, содержащим антибиотик, практически не подавляли клеточный рост, в то время как сплав без покрытия подавлял рост клеток на 58 процентов, что ставит под сомнение безопасность использования чистых магниевых сплавов в качестве имплантатов.
Также химики проверили, будет ли имплантация образцов в область позвоночника самцов крыс вызывать воспалительные реакции. У животных с имплантированными образцами без покрытия наблюдалась местная воспалительная реакция: постепенное образование продуктов коррозии привело к появлению гнойных капсул вокруг образцов. Напротив, в местах имплантации образцов с кальций-фосфатным покрытием не было обнаружено признаков воспаления. Биохимические показатели крови, анализ мочи, анализ свертываемости крови у экспериментальных животных после имплантации показали, что сформированные покрытия не вызывают системного воспаления в организме и не имеют токсического эффекта.
«Разработанное покрытие позволяет нивелировать негативные свойства магниевых сплавов, расширяя возможности их использования в имплантологии. Наши дальнейшие исследования будут направлены на улучшение полученных материалов, создание гибридных слоев, содержащих противоопухолевые и подавляющие разрушение костной ткани вещества», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Константинэ Надараиа, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии ДВО РАН.
Также в исследовании приняли участие ученые из Дальневосточного федерального университета (Владивосток), Национального научного центра морской биологии имени А. В. Жирмунского ДВО РАН (Владивосток), Краевого клинического кожно- венерологического диспансера (Владивосток) и НМИЦ «Лечебно-реабилитационный центр» (Москва).
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Современные люди проводят днем неподвижно столько же времени, сколько и охотники-собиратели. Но делают это сидя, а не на корточках, как их предки. Физиология человека не адаптирована к сидению, а физические возможности цивилизованных людей — к длительному пребыванию на корточках. Теперь исследователи рассчитали часть цены, которую мы платим за проблему длительного сидения.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно