Ученые Томского Политехнического Университета предложили улучшать поверхностные свойства имплантатов полиэлектролитными микрокапсулами с кальций-карбонатным ядрами, загруженными лекарственными препаратами. Они помогают лучше функционировать поверхности имплантата и эффективнее контролировать высвобождение лекарства из них. Такой способ модифицирования поверхности предложен впервые. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Chemistry and Physics (IF: 4,094, Q1).
Исследования в области адресной доставки лекарств, а точнее — высвобождения лекарственного препарата с поверхности металлических имплантатов титанового сплава проводились впервые. Над ним работала группа ученых из Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ в коллаборации с коллегами из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, а также учеными из Швеции, Германии и Великобритании.
Инициатор работы, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Мария Сурменева рассказывает:
На металлические имплантаты, в том числе титанового сплава, наносятся различного рода покрытия, частицы и другое. Но осаждать именно полиэлектролитные микрокапсулы с кальций-карбонатным ядром, загруженным дексаметазоном мы предложили впервые. В своей работе мы осаждаем эти частицы на скэффолды титанового сплава и не подразумеваем вскрытия внешними способами. Они просто будут растворяться естественным путем, тем самым обеспечивая пролонгированное действие лекарства. Новизна нашей работы заключается в самих скэффолдах, созданных с помощью аддитивных технологий, которые позволили получить образцы с хорошо развитой пористой поверхностью. Это способствовало лучшему «прикреплению» микрочастиц на поверхность скэффолда.
Исследования проводились в рамках проекта госзадания «Наука», а также при поддержке гранта Немецко-российского междисциплинарного научного центра (G-RISC), который выиграла ведущий молодой ученый, инженер-исследователь центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Екатерина Чудинова для проведения исследований в Университете Дуйсбург-Эссен (Германия), где была проведена часть экспериментов.
Ученые ТПУ совместно с коллегами разработали микрокапсулы, состоящие из биосовместимых пористых микрочастиц карбоната кальция, которые среди различных неорганических носителей лекарств обладают уникальными преимуществами — идеальной биосовместимостью и возможностью использования их в качестве системы контроля доставки загружаемых в них различных типов препаратов. Авторы статьи поясняют:
В качестве загружаемого компонента мы выбрали дексаметазон. Он является противовоспалительным препаратом, одна из областей его применения — посттрансплантационная иммунотерапия. Лекарство позволяет подавить иммунный ответ за счет снижения лимфатической активности, а также стимулирует остеогенную дифференцировку и способствует метаболизму белков, жиров и углеводов. В перспективе в капсулы также можно загружать белки, различные факторы роста, а также другие лекарственные препараты.
Микрокапсулы были созданы с помощью метода послойного синтеза вещества — поочередного нанесения на кальций-карбонатные ядра противоположно заряженных полимеров. Это позволяет лучше контролировать высвобождение загруженного препарата из оболочки. В перспективе, по словам авторов статьи, синтез позволит добавлять различные биоактивные компоненты еще и в процессе нанесения оболочек на кальций-карбонатные ядра.
Екатерина Чудинова добавляет:
В некоторых работах между слоями загружаются наночастицы серебра, которые обладают антибактериальным эффектом. Это также оказывает влияние на увеличение срока службы имплантата.
Ученые планируют продолжить исследование, следующим этапом экспериментов станет выявление эффективности метода для лечения воспалений при имплантации.
