Новое биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния

Для лечения переломов могут быть использованы биорезорбируемые имплантаты на основе магния. Они хороши тем, что постепенно растворяются и выводятся из организма после образования новой костной ткани на месте травмы. Кроме того, такие имплантаты не токсичны для человека и обладают высокой прочностью, а основной их компонент (магний) входит в состав костной ткани и способствует минерализации костей. Однако у магниевых сплавов есть и недостаток — они склонны к быстрой коррозии, то есть окислению из-за действия на металл хлорид-ионов, которые входят в состав почти всех жидкостей организма. Процесс коррозии может замедлять заживление поврежденных тканей из-за накопления пузырьков водорода и местного подщелачивания среды в результате окисления магния. Поэтому ученые пытаются найти способ сделать магниевые имплантаты более устойчивыми.

Структура и элементный состав поверхности сформированного защитного покрытия. Источник: Gnedenkov et al. / Journal of Magnesium and Alloys. 2022

Группа ученых из Института химии ДВО РАН (Владивосток) предложила использовать композиционный оксидный слой в качестве защитного покрытия для имплантатов на основе магниевых сплавов. Авторы получили его на поверхности резорбируемого магний-кальциевого сплава методом плазменного электролитического оксидирования в растворе, который состоял из нетоксичных химических соединений. Таким образом ученым удалось создать слой, все компоненты которого — магний, кальций, натрий, фосфор и кремний — присутствуют в человеческом организме в качестве микроэлементов, благодаря чему вероятность отторжения имплантата оказывается очень низкой. Кроме того, покрытие содержит гидроксиапатит (естественный компонент костной ткани), а также является биоразлагаемым и нетоксичным.

Морфологический анализ показал, что покрытие имело неоднородную поверхность с большим количеством пор и микродефектов, которая повторяет микроструктуру костной ткани и может способствовать процессу деления клеток и заживлению травмы.

Авторы экспериментально оценили защитные свойства сплава с предложенным покрытием, выдерживая его в среде для культивирования клеток млекопитающих (в растворе, включающем как неорганические, так и органические компоненты, которые входят в состав плазмы крови человека, например аминокислоты, необходимые для обеспечения процесса жизнедеятельности клеток). Оказалось, что дополнительный защитный слой существенно улучшает антикоррозионные свойства материала. Ученые также установили механизм деградации покрытия. Так, в результате взаимодействия защитного слоя с компонентами среды и магний-кальциевой подложкой сплава в порах покрытия и на поверхности образовались гидроксиапатитсодержащие продукты, что способствует формированию новой костной ткани.

Оптические изображения поверхности образца с ПЭО-покрытием (a, d, g), карты распределения локальной плотности тока (b, e, h) и локального рН (c, f, i) по поверхности через 1 ч (a, b, c), 48 ч (d, e, f) и 72 ч (g, h, i) после выдержки в среде MEM. Источник: Gnedenkov, et al. /Journal of Magnesium and Alloys. 2022

«Предложенное нами биосовместимое покрытие поможет замедлить разрушение биорезорбируемых имплантатов на основе магниевых сплавов. Кроме того, разработанные поверхностные слои повышают биоактивность имплантационного материала, что ускорит восстановление поврежденной костной ткани. Это, в свою очередь, увеличит продолжительность активного периода жизни человека. В дальнейшем мы планируем повысить функциональность таких покрытий за счет загрузки различными компонентами, обеспечивающими устойчивость имплантатов в организме», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, доктор химических наук, профессор РАН Андрей Гнеденков, ведущий научный сотрудник Института химии ДВО РАН.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ