Загрузка...
Ученые Томского политехнического университета в составе международного научного коллектива разработали новый подход к внедрению графена в материалы для костных имплантатов. Новая технология позволяет «рисовать» биосовместимые электрические схемы на поверхности непроводящего костного импланта. Полученные знания могут лечь в основу создания «умных» имплантатов, сообщает пресс-служба ТПУ.
СПРАВОЧНО
Исследование выполнено при поддержке федеральной программы Минобрнауки «Приоритет-2030» (NIP/IZ-007-0000-2022) и национального проекта «Наука» (FSWW-2023-0007). Результаты работы опубликованы в журнале Applied Materials & Interfaces (Q1, IF: 8.3).
На сегодняшний день в медицине распространяется тренд на «умные» импланты, которые помимо своей основной функции замещения тканей позволяют отслеживать состояние здоровья пациентов, состояние самого имплантата, реализовывать направленную доставку лекарств и стимулировать заживление тканей.
Для того, чтобы это стало возможно, необходимо разработать целый комплекс материалов и устройств и, в первую очередь, создать электропроводящую поверхность имплантата.
В своем исследовании ученые Томского политехнического университета с помощью метода лазерной обработки интегрировали электропроводящий графен в титановую пластину с кальций-фосфатным покрытием — материал, который используют для производства имплантатов в ортопедии и стоматологии.
«Полученный композит продемонстрировал превосходную прочность, выдержав испытание на истирание песком в течение двух часов и нагрузку в 100 тысяч циклов изгиба без ущерба для электрических характеристик. Электрохимическая стабильность материала сохранялась после миллиона импульсных циклов тока», — рассказала соавтор исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.
Ученые также исследовали стабильность композитного покрытия в физиологических условиях, оценивали его биосовместимость.
«В течение недели в лабораторных условиях на поверхности композита культивировали клетки остеосаркомы человека. Биоматериал доказал свою нетоксичность для клеточных культур, что является первым шагом в цепочке исследований, необходимых, чтобы доказать безопасность нового композита для человека, — рассказал соавтор исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгений Плотников. — Кроме того, исследования показали, что полученный материал сохраняет свои электрические свойства без существенной деградации на протяжении 12 недель в среде, схожей со средой организма, при температуре 38 °C и разных уровнях pH».
Создание нового материала и данные фундаментальных исследований могут лечь в основу разработки «умных» имплантатов. Например, в будущем в имплант можно было бы встроить датчик, который будет отслеживать нагрузку на имплант и сигнализировать о деформации или разрушении, помогая врачам корректировать реабилитацию. Кроме того, интеграция электропроводящих материалов могла бы позволить проводить «физиотерапию» за счет электрической стимуляции или нагрева, улучшая кровообращение и ускоряя рост клеток.
В ближайшее время ученые Томского политеха планируют определить, может ли новый композит способствовать росту клеток для ускоренного заживления травм.
СПРАВОЧНО
В исследованиях приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ, университета Шихэцзы (Китай), университета электронных наук и технологий Китая, Сычуаньского университета (Китай), Королевского колледжа Лондона.
