Ученые ТПУ нашли новый метод создания имплантатов для тазобедренного сустава
Ученые Томского политехнического университета вместе с зарубежными коллегами разработали новый способ создания и модификации имплантатов для замены тазобедренного сустава. Результаты опубликованы в научном журнале Applied Surface Science (Q1, IF: 6.9). Данную информацию сообщает портал АК&М.
Тотальное эндопротезирование — полная замена сустава на искусственный — становится все более распространенным. При этом растет и число повторных операций из-за расшатывания, износа или выхода имплантата из строя. Срок службы серийных металлических изделий ограничен и зависит от образа жизни пациента. К тому же большинство из них выпускается в стандартных размерах, поэтому создание персонализированных имплантатов остается важной задачей.
Один из перспективных методов производства — электронно-лучевое спекание, относящееся к 3D-печати. Чаще всего бедренные стержни делают из титановых сплавов, содержащих алюминий, ванадий или ниобий, но у них есть недостатки. Поэтому все больший интерес вызывают сплавы с биосовместимыми легирующими элементами, например, ниобием. Для улучшения остеинтеграции и снижения риска осложнений применяют покрытия на основе гидроксиапатита — фосфата кальция. Их наносят, в частности, плазменным напылением. Однако высокочастотное магнетронное напыление обеспечивает более плотные и однородные пленки, лучшее сцепление и сохранность химической структуры.
В ходе работы ученые получили гироидные скаффолды — трехмерные сетки из волнистых поверхностей — из сплавов титана и ниобия. На них нанесли покрытия из гидроксиапатита, легированного ионами магния, стронция и обоими элементами. Затем оценили свойства образцов и провели тесты in vitro на преостеобластических клетках: изучили цитосовместимость, активность щелочной фосфатазы, отложение кальция и выработку коллагена.
Компьютерное моделирование на уровне электронной структуры показало, что стронций почти не искажает кристаллическую решетку, а магний создает локальные микронапряжения и способствует аморфизации. Поэтому стронций повышает механическую прочность, тогда как магний снижает ее, но сохраняет биосовместимость. Наилучшее сочетание свойств продемонстрировали покрытия с одновременным введением обоих ионов. По мнению авторов, точная настройка состава и кристалличности покрытий из фосфата кальция позволяет проектировать поверхности с нужным балансом биоактивности, прочности и стойкости к коррозии, что обеспечит лучшую интеграцию и долговечность имплантатов.
В исследовании участвовали специалисты из Румынии, Греции, Германии, Швеции и России, включая Тамбовский государственный университет и Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН.
