Ученые Томского политехнического университета вместе с зарубежными коллегами создали пористые каркасы для имплантатов из сплава титана и ниобия. Эти конструкции повторяют структуру натуральной кости и покрыты биоактивным слоем, который защищает материал от разрушения в организме и улучшает его совместимость с тканями.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Ceramics International. 

Проблема современных имплантатов в том, что они слишком жесткие. Кость вокруг них не получает нужной нагрузки, начинает слабеть, и со временем имплантат может расшататься. Новые каркасы (скаффолды) решают эту проблему — их пористость и состав подобраны так, чтобы имитировать естественную упругость кости.

Скаффолды (scaffolds) — это пористые каркасы, которые служат основой для роста новых клеток. Их структура напоминает губку: множество мелких отверстий позволяют питательным веществам и клеткам проникать внутрь, а механические свойства близки к натуральным тканям. В медицине их используют как временную «опору» для регенерации костей или хрящей.

Сначала ученые проверили покрытие на плоских пластинах из сплава. Оно не только защитило материал от коррозии, но и улучшило его взаимодействие с клетками. Затем методом 3D-печати изготовили пористые каркасы и нанесли на них тот же состав. Лабораторные тесты показали: чем больше в сплаве ниобия, тем активнее растут клетки. Лучшие результаты дал состав с 56% ниобия — на таких образцах клетки быстрее вырабатывали коллаген и кальций, что критически важно для срастания имплантата с костью.

Сейчас команда работает над новыми вариантами покрытий, чтобы еще больше повысить биосовместимость. В проекте участвовали специалисты из России, Румынии, Греции, Германии и Швеции.

Главное преимущество таких каркасов — снижение риска отторжения имплантата. Если материал по жесткости близок к кости, нагрузка распределяется естественно, и ткань не атрофируется. Это особенно важно при крупных дефектах, например, после травм или онкологических операций.

Биоактивное покрытие решает две проблемы:

• предотвращает коррозию, продлевая срок службы имплантата;
• стимулирует рост костных клеток, ускоряя восстановление.

Если технологию доведут до массового производства, она может заменить традиционные титановые имплантаты, которые часто требуют повторных операций.

Исследование проводилось in vitro — то есть в лабораторных условиях, а не в живом организме. Клетки в пробирке и ткани человека могут реагировать по-разному. Например, покрытие должно выдерживать не только статическую нагрузку, но и постоянные микродвижения. Без испытаний на животных или клинических trials говорить о прорыве рано.

Ранее ученые заметили, что ниобий вновь обретает популярность в области квантовых технологий.