Заражение поверхности протезов предотвратит наномодификация

В последнее время в результате разработок появились протезы-имплантанты, которые иногда по функциональности лучше, чем настоящие конечности. Однако часто место вживления становится своеобразными воротами для проникновения инфекций, что может полностью уничтожить все эти преимущества.

Группой ученых из университета Брауна был разработан метод наномодификации поверхности имплантантов из титана, стимулирующей активный рост клеток, а также формирующей на верхней части имплантанта полноценный слой кожи, с помощью которого происходит герметизация места вживления имплантанта, и, соответственно, болезнетворные микроорганизмы не могут попасть в организм.

Один из предложенных учеными подходов состоит в том, что на титановую поверхность штифта – участка имплантанта, который встраивается внутрь кости – воздействует пучок электронов. В результате такого воздействия на поверхности появляется «ландшафт», который состоит из бугорков, высотой 20 нм. Имитирующие естественные контуры кожи бугорки помогают заселять поверхность клетками кожи – кератиноцитами, а также помогают им активно делиться. Такой подход уже давно используется для стимуляции роста клеток кости и хрящей, однако авторы смогли впервые продемонстрировать его эффективное воздействие в отношении кожных клеток.

Другой из предложенных подходов – это анодирование или анодное окисление. Штифт помещается в раствор фтороводородной кислоты, через который проходит электрический заряд. Под этим воздействием начинается перемещение атомов на титановой поверхности и формируются полые трубчатые наноструктуры, которые располагаются перпендикулярно поверхности. Во время проведения тестирования в лабораторных условиях в обоих случаях происходило быстрое заселение кератиноцитами поверхности штифтов из титана, их плотность в течение пяти дней стала в два раза больше и достигла значения, которое делает кожный покров непроницаемым для микроорганизмов.

Чтобы дополнительно стимулировать рост клеток кожи вокруг имплантанта, было решено использовать ФРФ-2 - фактор роста фибробластов-2, который синтезируется клетками кожи для того, чтобы стимулировать рост кератиноцитов Но титан смог нейтрализовать нанесенный на его поверхность фактор роста, так как быстро его поглотил. Для решения этой проблемы разработчики с помощью молекулярной цепочки, сконструированной специальным образом, прикрепили молекулы фактора роста к поверхности штифта. В дальнейшем эксперименты, проведенные в лаборатории, подтвердили необходимость данной манипуляции, обеспечивающей дополнительное стимулирование роста клеток.

В планах исследователей - проведение тестирования протезов с наномодифицированной поверхностью на животных. Исследователи надеются, что очень скоро они смогут начать клинические испытания.