Биоактивные покрытия для имплантатов, устойчивые к большинству штаммов бактерий

Молодые ученые НИТУ «МИСиС» представили многослойные антибактериальные покрытия с пролонгированным эффектом и универсальным спектром действия.  В основе покрытия — модифицированный оксид титана и несколько антисептических компонентов. Покрытия можно применять в современной имплантологии  в качестве защитного слоя для профилактики сопутствующих осложнений – воспалений или отторжений имплантатов. Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Applied Surface Science.

Антибактериальные покрытия в настоящее время активно исследуются, так как растет актуальность поиска альтернатив традиционным антибиотикам. Их можно наносить на имплантаты, тем самым предотвращая воспаления, вызванные внутрибольничными инфекциями.

Тем не менее, создание антибактериальных, но при этом биосовместимых и биоактивных поверхностей – это проблема, которую научное сообщество решает на протяжении многих лет, а «материалы мечты» так и не разработаны.

Молодые ученые лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС»  создали инновационное многослойное покрытие, синтезирующее защитные  свойства наночастиц, биополимеров, антикоагулянта и антибиотика.  Антибиотик и наночастицы серебра обеспечивают антибактериальный эффект, а гепарин предотвращает «налипание» бактериальных клеток к поверхности ткани, что снижает количество требуемого антибактериального агента.

«Методика получения многослойного покрытия  – это сочетание нескольких технологий: сначала с помощью магнетронного распыления было получено тонкое биоактивное наноструктурное покрытие состава TiCaPCON, далее  методом ионной имплантации в состав покрытия вводили частицы серебра, затем был нанесен биополимерный слой, который в препарате играет роль носителя для бактерицидных  молекул гепарина и гентамицина», — рассказала автор работы, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Елизавета Пермякова.

Химический состав полученных слоев покрытия был тщательно исследован разработчиками с помощью инфракрасной и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Было обнаружено, что внедрение терапевтических компонентов происходит по всей толщине нанесенного плазмой полимерного слоя.

Совместно с  коллегами    из   Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии  ученые изучили  влияние каждого типа  антибактериального компонента(ионы серебра, гентамицин  и гепарин) на антибактериальную активность и биосовместимость полученных покрытий.

По результатам исследований in vitro покрытия  показали  клеточную совместимость   и продемонстрировали превосходную (до 99%) бактерицидную эффективность в отношении устойчивого к антибиотикам бактериального штамма кишечной палочки E. Coli.

«Сочетание нескольких бактерицидных наполнителей и ионов серебра с биоактивным покрытием из модифицированного кальцием и фосфором оксида титана обеспечило биосовместимость и длительное – до 7 дней — антибактериальное действие полученным покрытиям», — подчеркнула Елизавета Пермякова.

По словам разработчиков, инновационные покрытия могут применяться как антибактериальный модификатор имплантата, позволяющий ускорить его вживление за счет снижения рисков сопутствующих воспалений и стимуляции роста остеобластных клеток.

В настоящее время исследователи планируют перейти к доклиническому этапу разработки.