Разработчики: | НИТУ МИСиС (Национальный исследовательский технологический университет), Московский Государственный Университет (МГУ) |
Дата премьеры системы: | 2021/11/17 |
Дата последнего релиза: | 2024/05/14 |
Отрасли: | Фармацевтика, медицина, здравоохранение |
Основные статьи:
2024: Метод бактерицидной обработки имплантатов с помощью наночастиц золота
Коллектив исследователей Университета МИСИС, МГУ им. М.В. Ломоносова и НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина разработал эффективную методику повышения антибактериальных свойств сверхупругих титановых сплавов при помощи наночастиц золота и лекарственных препаратов. Об этом порталу Zdrav.Expert сообщили представители МИСИС 14 мая 2024 года. По их словам, в перспективе этот метод поможет сократить количество послеоперационных бактериальных инфекций у пациентов. Имплантаты, выполненные из этого материала, будут не только прочнее, но и безопаснее.
Как пояснили в МИСИС, одним из наиболее перспективных материалов в биомедицине является сверхупругий сплав титана с цирконием и ниобием. Он обладает повышенной биосовместимостью, способен имитировать механическое поведение кости и более долговечен при повторяющихся нагрузках. Однако установка имплантата, несмотря на стерильность операции, нередко сопровождается инфекцией из-за индивидуальной восприимчивости организма. В некоторых случаях бактерии образуют биопленку на поверхности сплава. Воспаления, возникающие на стыке костной ткани и металла, трудно подавить с помощью традиционной противомикробной терапии.
«Мы предложили новый метод антибактериальной обработки, который состоит из нескольких этапов: формирование пористого слоя на поверхности сплава, осаждение наночастиц золота и привязка к ним антибиотика гентамицина через промежуточную аминокислоту — цистеин. Это позволяет повысить антибактериальную защиту после операции за счет местного воздействия. Предложенный способ также учитывает вопрос роста устойчивости бактерий к антибиотикам, поскольку доза препарата значительно снижается», — рассказал к.т.н. Антон Конопацкий, старший научный сотрудник НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС. |
Ученые синтезировали наночастицы золота разного размера: 3–5 нм и более крупные, до 100 нм. Образцы с более мелкими наночастицами показали наилучшие результаты: у них наблюдалось ускоренное разрастание остеобластических клеток, а также был более высокий антибактериальный эффект при гораздо меньшем содержании золота. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials Today Chemistry (Q1).
«Результаты исследования демонстрируют, что сверхупругие сплавы — перспективный материал для замены костной ткани. Уже было известно, что эти сплавы обладают высокой биомеханической совместимостью, теперь также стало понятно, что их поверхности можно придать улучшенные антибактериальные свойства», — поделилась к.т.н. Татьяна Теплякова, инженер кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС. |
В дальнейшем ученые планируют расширить список лекарственных препаратов, которыми можно обработать поверхность сплава. Как ожидается, это обеспечит более гибкий подход к борьбе с инфекцией при операциях по замене костной ткани, а также позволит придать сплавам новые свойства, такие как биоактивность.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-10299 и № 20-79-10286-П), а также в рамках реализации стратегического проекта НИТУ МИСИС «Биомедицинские материалы и биоинженерия» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030».
2021: Разработка метода нанесения антибактериального покрытия на имплантаты с помощью наночастиц серебра
Придать антибактериальный эффект титановому сплаву, который становится одним из ключевых материалов хирургии, смогли специалисты Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») совместно с другими российскими учеными. Об этом 17 ноября 2021 года Zdrav.Expert сообщил университет. По словам авторов, имплантаты, обработанные по данному методу, заметно ускорят и облегчат восстановление после травм. Исследование опубликовано в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
Продолжительность жизни в большинстве стран на ноябрь 2021 года растет, в связи с чем растет количество костных травм у людей старших поколений. Из-за того, что с возрастом механические свойства кости и способность к восстановлению заметно падают, такие травмы требуют тщательного и долгого лечения. Как отметили специалисты НИТУ «МИСиС», эти факторы создают запрос на материалы для имплантатов, ускоряющие и облегчающие реабилитацию.
Применение имплантатов из немодифицированных металлов и сплавов, по словам ученых, может приводить к осложнениям, наиболее частое среди которых – воспаление из-за бактериальных инфекций, после которого может потребоваться повторное хирургическое вмешательство. Материалы, способные подавлять бактериальную активность, позволят сделать операции по внутреннему протезированию более безопасными и надежными.
Ученые НИТУ «МИСиС» разработали метод нанесения антибактериального покрытия для одного из наиболее перспективных титановых сплавов Ti-Zr-Nb. Эксперименты показали, что обработка по такому способу полностью подавляет на поверхности имплантата рост бактерий кишечной палочки, выступающей своего рода «лабораторной мышью» для микробиологов.
Путем химического травления мы делаем поверхность сплава более пористой на глубину 100-120 нанометров, что позволяет равномерно распределить наночастицы, причем не только на поверхности, но и в глубине пор. Уже при низких дозах выхода серебра, около 0,037 мг/л, что полностью безопасно для организма, нам удалось достичь выраженного антибактериального эффекта, рассказал старший научный сотрудник лаборатории неорганических наноматериалов НИТУ «МИСиС» Антон Конопацкий.
|
"Удар" по бактериям, как объяснили авторы метода, наносят ионы серебра. Наночастицы, которые их испускают, ученые синтезировали химическим методом в растворах сложных спиртов, что позволило добиться размеров всего около 10 нанометров. Благодаря этому, как объяснили ученые НИТУ «МИСиС», серебро осаждается в порах материала на глубине до 60 нанометров, что значительно повышает стойкость покрытия и эффективность противомикробного действия.
Пористость поверхности, как считают ученые НИТУ «МИСиС», служит дополнительным фактором подавления бактерий – благодаря ей микроорганизмы контактируют с серебром более плотно и равномерно.
Хотя испытания на большинстве видов бактерий еще впереди, создатели уверены, что данное покрытие будет столь же действенно против любых микроорганизмов, как и против кишечной палочки.
В исследовании принимали участие специалисты РНИМУ им. Н.И. Пирогова и МГУ им. М.В. Ломоносова. В дальнейшем научный коллектив намерен разработать в рамках предложенного подхода покрытия, которые позволят снизить дозу антибиотиков, применяемых во время операции и в период восстановления.