Наномодификация поверхности протезов предотвратит заражение

Разработки последних лет привели к появлению протезов-имплантатов, которые в ряде случаев по функциональности превосходят настоящие конечности. Однако места вживления таких протезов являются "воротами" для инфекции, что может свести на нет все их преимущества.

Исследователи университета Брауна разработали метод наномодификации поверхности титановых имплантатов, стимулирующий активный рост клеток и формирование поверх имплантата полноценного слоя кожи, герметизирующего место вживления имплантата и, соответственно, предотвращающего проникновение в организм болезнетворных микроорганизмов.

Нанотрубчатая поверхность анодированного титана (слева) быстро колонизируется клетками кожи.

Первый предложенный учеными подход заключается в воздействии на титановую поверхность штифта (участка имплантата, встраиваемого внутрь кости) пучком электронов. Это обеспечивает появление на поверхности "ландшафта", представленного бугорками высотой 20 нм. Эти бугорки, имитирующие естественные контуры кожи, способствуют заселению поверхности кератиноцитами (клетками кожи) и их активному делению.

Подобный подход ранее использовался для стимуляции роста костных и хрящевых клеток, однако авторам впервые удалось продемонстрировать его эффективность в отношении клеток кожи.

Второй предложенный подход - анодное окисление или анодирование - подразумевает помещение штифта в раствор фтороводородной кислоты, через который пропускают электрический заряд. Это воздействие вызывает перемещение атомов на поверхности титана и формирование полых трубчатых наноструктур, располагающихся перпендикулярно поверхности.

При тестировании в лабораторных условиях оба подхода обеспечивали быстрое заселение поверхности титановых штифтов кератиноцитами, плотность которых в течение пяти дней увеличивалась почти вдвое и достигала значения, обеспечивающего непроницаемость кожного покрова для микроорганизмов.

Для дополнительной стимуляции роста клеток кожи вокруг имплантата исследователи решили воспользоваться фактором роста фибробластов-2 (ФРФ-2), синтезируемым клетками кожи для стимуляции роста кератиноцитов. Однако титан быстро поглощал наносимый на его поверхность фактор роста и, таким образом, нейтрализовал его активность. Разработчики решили эту проблему путем прикрепления молекул фактора роста к поверхности штифта с помощью специальным образом сконструированной молекулярной цепочки. Дальнейшие лабораторные эксперименты подтвердили целесообразность этой манипуляции, обеспечивающей дополнительную стимуляцию роста клеток.

Исследователи планируют протестировать протезы с наномодифицированной поверхностью на животных и надеются, что в обозримом будущем смогут приступить к клиническим испытаниям.

Читайте на CNews
Российский рынок стартапов: есть в кого инвестировать
Yota с 1 апреля изменяет условия тарифа «Yota Бизнес»
Фонд Microsoft профинансирует 100 проектов за 10 лет