Найден комплексный способ защиты магниевых имплантатов от разрушения

Российские ученые разработали гибридное покрытие для имплантатов из магния и его сплавов, которое ускоряет процесс адаптации имплантата в поврежденной кости и препятствует быстрому разрушению материала под действием внутренней среды организма. Разработка поможет усовершенствовать материалы, используемые в хирургии, и сократить период восстановления пациентов после перенесенных травм. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymers.

Имплантаты на основе магния начинают использовать для лечения переломов, поскольку они стимулируют рост костной ткани, а также являются биорезорбируемыми, то есть со временем растворяются в организме человека. Это важно, потому что они не требуют проведения повторной хирургической процедуры для их извлечения. Однако при контакте со средой организма им свойственна интенсивная коррозия, то есть окисление и разрушение, которому подвергается магний — основной компонент имплантата. Чтобы предотвратить коррозию, имплантат покрывают специальным защитным покрытием. Оно не только существенно снижает риск деградации имплантационного материала, замедляя растворение магния. Защитный слой еще и обеспечивает повышение биосовместимости имплантата за счет биоактивных компонентов, входящих в состав покрытия.

Формирование различных типов исследуемых покрытий. Источник: Gnedenkov et al. / Polymers 2023

Группа ученых из Института химии ДВО РАН (Владивосток) разработала не имеющий аналогов способ модификации поверхности биорезорбируемого магниевого сплава, а также чистого магния, полученного по аддитивной технологии. Он заключается в формировании гибридных покрытий с использованием метода плазменного электролитического оксидирования (ПЭО). Такие покрытия содержат органический биосовместимый ингибитор коррозии (бензотриазол), придающий защитному слою эффект самозалечивания. Бензотриазол — органическое соединение, которое применяется в промышленности для предотвращения коррозии цветных металлов, кроме того, оно нетоксично для человека. Чтобы значительно снизить скорость выхода ингибитора в агрессивную среду и продлить эффект самозалечивания, авторы герметизировали поры защитного слоя биодеградируемым полимерным материалом — поликапролактоном. Этот биорезорбируемый, то есть способный самостоятельно разлагаться в среде организма, полимер, широко используется в медицине.

Чтобы оценить стойкость защитных покрытий, авторы погрузили имплантат с защитным ингибитор-содержащим слоем в раствор, химически схожий со внутренней средой организма. Исследователи определили уровень защитных свойств в условиях in vitro и оптимизировали процесс формирования защитного гибридного слоя. Это позволило продлить эффект активной антикоррозионной защиты сформированных гибридных слоев. Предложенный способ формирования эффективного гибридного покрытия позволяет обеспечить необходимый уровень и продолжительность периода защиты (соизмеримого со временем выздоровления) от коррозии и контролируемую деградацию биомедицинских изделий из магния и его сплавов.

СЭМ-изображения и ЭДС-карты распределения элементов по толщине сформированных гибридных покрытий. Источник: Gnedenkov et al. / Polymers 2023

«Полученные данные доказывают, что гибридные покрытия (сформированные на базе керамикоподобного ПЭО-слоя), содержащие биодеградируемый полимерный материал и безвредный для человека ингибитор коррозии, на поверхности магниевых сплавов хорошо защищают материал от коррозии и обеспечивают механическую целостность хирургического имплантата на время заживления костной ткани. Разработка новых материалов расширяет область практического применения биорезорбируемых сплавов магния. Результаты исследования позволяют создать новые перспективные материалы для использования в медицине, посредством создания "умных" систем, обладающих эффектом самозалечивания. Гибридный защитный слой на поверхности магниевых сплавов повышает эффективность биоматериала, что в свою очередь будет способствовать развитию внутреннего и внешнего рынка продуктов РФ», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Гнеденков, доктор химических наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник Института химии ДВО РАН.

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