• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
10 июля
РНФ
148

Антибиотик ванкомицин в защитном покрытии магниевого имплантата предотвратит инфекции при протезировании костей

4.4

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.

Изображение полученных покрытий без ванкомицина (PEO, a) и с ванкомицином (PEO-V, b) и карты распределения элементов, входящих в состав покрытия / © Константинэ Надараиа, пресс-служба РНФ

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.

Изображение исследуемых образцов до (а1-с1) и после (а2-с2-3) имплантации животным в течение 28 суток / © Константинэ Надараиа, пресс-служба РНФ

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).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 14:02
Татьяна

Больше 10 лет Curiosity ищет свидетельства обитаемости Марсе. В его арсенале — инструменты для анализа горных пород и минералов, сформированных в эпохи, когда Красная планета была пригодна для органической жизни. И вот новое открытие: на пути к пику Шарп в ударном кратере Гейла марсоход впервые обнаружил кристаллы серы — необходимого строительного элемента белков.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

Вчера, 11:31
ПНИПУ

День металлурга в 2024 году россияне отмечают 21 июля. Ученые Пермского Политеха рассказали, какой металл самый распространенный, какой — не утонет в воде, где можно встретить титан, можно ли потрогать обедненный уран, что опаснее — вдохнуть или проглотить ртуть, есть ли ее безопасный аналог и какой элемент не существует в чистом виде.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

16 июля
Татьяна

Аппарат «Кассини», работавший на орбите Сатурна с 2004 по 2017 год, детально картировал его крупнейший спутник — Титан. Выяснилось, что ближе к полярным областям на поверхности есть моря и озера с жидкими углеводородами, куда впадают пополняемые атмосферными осадками реки. По мере изучения этой информации у исследователей возникло все больше вопросов. Каков состав жидкости и что определило очертания береговых линий? Воспользовавшись данными радарной съемки, американские ученые уточнили состав морей Кракена, Лигеи и Пунги и описали свойства их поверхностей.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно