«Яркий пример — костные имплантаты. Для их изготовления чаще всего используют биоинертные, то есть не оказывающие влияние на организм титан и его сплавы. Чтобы придать этому металлу биоактивные свойства, его поверхность модифицируют путем нанесения кальций-фосфатных соединений. Последние входят в состав “каркаса” костной ткани, который обеспечивает нормальное функционирование ее клеток, в том числе протекание процессов регенерации»,— рассказывает Константин Просолов, кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН.
Фосфаты кальция уже используются в медицинской практике при восстановлении дефектов костной ткани, а в последнее время их также рассматривают в качестве потенциальной системы доставки биологически активных веществ. Последние можно поместить как на поверхность, так и во внутренний объем образца благодаря системе взаимосвязанных пор, а скорость высвобождения препарата удается контролировать, варьируя условия формирования материала.
Томские ученые из Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Томского государственного университета и Сибирского государственного медицинского университета улучшили подход к созданию покрытий—носителей лекарств на основе аморфных фосфатов кальция, нанесенных на поверхности титановых имплантатов. Отличительной особенностью технологии является введение ультразвукового поля в процессе микродугового оксидирования, ставшего традиционным методом для нанесения биопокрытий. При микродуговом оксидировании обрабатываемый имплантат погружают в электролит, содержащий соли фосфорной кислоты, соли кальция и гидроксиапатит; одновременно подаются импульсное напряжение на образец и ультразвук на емкость с электролитом. В ходе протекающих электрохимических реакций и в результате акустических кавитаций (образования пузырьков) под действием ультразвука на поверхности титана формируются довольно толстые и прочные покрытия с равномерной пористой структурой.
Созданные биоактивные покрытия авторы проверили в качестве систем доставки, загрузив в них по отдельности три препарата: цитостатик (подавляет метаболизм клеток) 5-фторурацил, антибиотик ванкомицин и иммуномодулирующий препарат с противоопухолевым действием интерферон--2b. Высвобождение 5-фторурацила и ванкомицина из покрытий-носителей вначале носило взрывной характер, после чего следовал длительный выход на протяжении шести и более часов. В случае интерферона все происходило волнообразно: максимум наблюдался через 1 и 12 часов после загрузки, а в остальное время лекарство выходило медленно.
Цитостатик 5-фторурацил и иммуномодулятор интерферон, загруженные в покрытия-носители, повлияли на жизнеспособность раковых клеток, снизив ее до 70%, однако в меньшей степени оказывали подавляющее действие на здоровые клетки. В сочетании с системной терапией это позволит предотвратить рост злокачественного образования и не уничтожить здоровые ткани. Покрытие с ванкомицином продемонстрировало высокую антимикробную активность против штамма золотистого стафилококка — одного из наиболее частых возбудителей внутрибольничных инфекций. Оно уничтожало колонии микроорганизмов на протяжении четырех суток, что является достаточным результатом с учетом дополнительного приема антибиотиков.
«Мы показали принципиальную возможность создания покрытий с множественным положительным действием. Для этого применялся новый гибридный метод, также показана эффективность образцов в качестве систем доставки разнообразных препаратов. Наши результаты говорят о том, что разработка перспективна для применения в остеоонкологии, стоматологии, ортопедии и травматологии, например, при лечении переломов, в том числе осложненных опухолью или инфекцией»,— подводит итог руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Комарова, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН.
В дальнейшем авторы планируют модифицировать технологию формирования материала для более продолжительного и контролируемого высвобождения препаратов, а также детальнее исследовать биоактивность и антибактериальный эффект самих кальций-фосфатных покрытий.
Использованы материалы статьи.