TOMSK, ROSJA / RankWire.AI / – Rosyjscy naukowcy opracowali i przetestowali bioaktywną powłokę dla tytanowych implantów ortopedycznych. Materiał wykorzystuje fosforan wapnia z hydroksyapatytu i zawiera związki azotu związane z tworzeniem tlenku azotu. Testy laboratoryjne wykazały wyższą przeżywalność ludzkich komórek macierzystych mezenchymalnych na powlekanym tytanie niż na nieobrobionym metalu. Naukowcy zbadali również skład chemiczny powierzchni, twardość, grubość i zwilżalność. Recenzowane badanie koncentrowało się na tym, jak różne mieszaniny gazów zmieniały powłokę i jej odpowiedź biologiczną.
Naukowcy z Politechniki Tomskiej wytworzyli powłoki metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego w komorze próżniowej. Wykorzystali tarczę hydroksyapatytową i dostosowali równowagę azotu i argonu podczas osadzania. Zespół przetestował pięć warunków gazowych, w tym czysty azot i czysty argon. Każde ustawienie powodowało mierzalne zmiany w powłoce. Naukowcy ocenili strukturę powierzchni, skład chemiczny, wytrzymałość mechaniczną i kontakt z cieczą. Następnie poddali pokryte powłoką próbki tytanu działaniu ludzkich komórek macierzystych mezenchymalnych w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.
Wyniki pokazały, że stężenie argonu wpływało na kilka właściwości fizycznych powłoki. Próbki wykonane z większą ilością argonu stały się grubsze, gęstsze i twardsze. Badania chemiczne wykazały również obecność wiązań azot-węgiel i azot-tlen w zmodyfikowanych powierzchniach. Naukowcy porównali przeżywalność komórek w próbkach powlekanych i nieobrobionym tytanie. Powlekane powierzchnie charakteryzowały się znacznie większą przeżywalnością komórek w okresie badania. Zespół śledził również geny powiązane z wczesnym rozwojem komórek kostnych, aby zrozumieć, jak materiały wpływają na zachowanie komórek.
Powłoka tytanowa wspomaga lepszą przeżywalność komórek
Naukowcy odkryli, że wyższa zawartość azotu zmieniła aktywność niektórych genów związanych z wczesnym różnicowaniem komórek kostnych. Efekt ten pojawił się po siedmiu dniach wzrostu komórek. Nawet pomimo tych zmian, komórki zachowały zdolność do tworzenia tkanki kostnej. W badaniu nie testowano powłoki na ludziach. Nie mierzono również wyników klinicznych wszczepionych wyrobów medycznych. Odkrycia te opisują zatem skuteczność laboratoryjną, a nie udowodnione korzyści dla pacjentów poddawanych endoprotezom stawów lub innym implantom ortopedycznym.
Naukowcy z Bałtyckiego Uniwersytetu Federalnego im. Immanuela Kanta i Syberyjskiego Państwowego Uniwersytetu Medycznego przeprowadzili ocenę biomedyczną. W szerszym projekcie uczestniczyli również naukowcy z Uniwersytetu Państwowego w Sankt Petersburgu. W pracy zbadano, jak skład powłoki wpływa zarówno na wydajność materiału, jak i na reakcję komórek. Hydroksyapatyt jest szeroko badany pod kątem powłok medycznych, ponieważ jego struktura fosforanu wapnia przypomina składnik mineralny ludzkich kości. Naukowcy wykorzystali ten materiał bazowy, zmieniając ekspozycję na azot podczas procesu powlekania.
Dalsze testy pozwolą zbadać dłuższe skutki biologiczne
Zespół badawczy rozpoczął dodatkowe testy laboratoryjne i biologiczne po wstępnej siedmiodniowej ocenie. Naukowcy planują obserwować komórki macierzyste przez okres od 10 do 28 dni. Zamierzają również zmierzyć, jak szybko powłoki się rozpuszczają. Kolejnym elementem planowanych prac będzie śledzenie uwalniania tlenku azotu do otaczających tkanek w organizmach żywych. Testy te nie zostały uwzględnione w opublikowanym badaniu. Obecne wyniki ograniczają się do próbek powlekanego tytanu, pomiarów laboratoryjnych i kontrolowanych eksperymentów na komórkach.
Badanie dostarcza danych na temat wpływu stosunku azotu do argonu na powłoki z fosforanu wapnia w implantach tytanowych. Naukowcy udokumentowali zmiany grubości powłoki, gęstości, twardości, wiązania chemicznego i odpowiedzi komórkowej. Pokryte próbki konsekwentnie wykazywały lepszą przeżywalność komórek macierzystych niż nieobrobiony tytan w testowanych warunkach. Badania pozostają na etapie przedklinicznym i nie określają bezpieczeństwa ani skuteczności u ludzi. Dalsze badania będą dotyczyć właściwości, których nie udało się zmierzyć w obecnych badaniach laboratoryjnych, w tym długoterminowego zachowania komórek i uwalniania tlenku azotu.
Rosyjscy naukowcy opracowali powłokę na implantach tytanowych ukazał się jako pierwszy w St. James's Gazette .