Исследователи НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из РОНЦ им. Н.Н. Блохина предложили новую технологию изготовления полимерных костных имплантатов с дополнительным армированием клеевыми субстанциями. Полученные образцы демонстрируют высокую устойчивость к отслаиванию, что будет способствовать лучшей приживаемости имплантатов. Статья о разработке опубликована в журнале Polymers.
В настоящий момент при изготовлении костных имплантатов и суставных протезов применяются металлы, такие как титан и нержавеющая сталь — они обеспечивают достаточную прочность и жесткость конструкций. При этом исследования показывают, что со временем ионы и частицы титана могут накапливаться в прилежащих тканях, вызывая различные токсические реакции. Альтернативой металлам являются полимеры, в том числе сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Его можно дополнительно модифицировать для полного подобия натуральной кости — создавать поры, наращивать плотный верхний слой. Важно, однако, и позаботиться о хорошей адгезии между пористым внутренним и цельным внешним слоем.
Ученые из Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из РОНЦ им. Н.Н. Блохина предложили улучшенную технологию изготовления композитных имплантатов на основе СВМПЭ — в качестве соединительного агента между несколькими формами полимера использовался биосовместимый клей — на основе тиол-еновой реакции (с образованием высокоорганизованных полимеров), поливинилалкоголя (ПВА)/целлюлозы, и фенолформальдегида. Также, ленты из СВМПЭ были применены в качестве армирующего слоя для этих композитных имплантатов.
Полученные склеенные образцы, модифицированные прививкой целлюлозы, были испытаны на сопротивляемость к отслаиванию и продемонстрировали более высокую, по сравнению с немодифицированным лентами СВМПЭ, устойчивость. Так, для клейкого покрытия на основе триол-еновой реакции увеличило сопротивляемость образцов в 40 раз, покрытия на основе ПВА/целлюлозы, а также фенолформальдегида — в 29 и 41 раз соответственно.
Механические тесты для имплантатов также показали, что использование ориентированных лент СВМПЭ в качестве армирующего слоя для всех трех вида клейкого покрытия значительно улучшили механические качества опытных образцов.
«Нами был разработан новый подход по изготовлению костных имплантатов для замещения дефектов трубчатых костей. Наши имплантаты состоят из трех функциональных слоев, выполненных из одного полимерного материала — СВМПЭ. Для придания имплантату биоактивных свойств, обеспечивающих образование новой костной ткани, нами был использован пористый слой из СВМПЭ. Для обеспечения адекватных механических свойств, наши имплантаты были армированы высокопрочными лентами СВМПЭ. Внешнее покрытие имплантата было выполнено из сплошного слоя СВМПЭ, который обеспечивает формирование гладкой биоинертной поверхности для контакта с мышцами и кожей, что снижает вероятность травмирования прилегающих тканей. Также сплошной слой СВМПЭ может быть дополнительно насыщен антибактериальным препаратом. Наши имплантаты по механическим свойствам близки к свойствам натуральной костной ткани, а отсутствие металлических компонентов снижает вероятность возникновения воспалительных процессов», — комментирует Тарек Дайюб, инженер-исследователь Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС».
Таким образом, как отмечает коллектив, добавление армирующей ленты для склеенных многослойных костных имплантатов из СВМПЭ позволит получить требуемые механические свойства, такие как прочность и износостойкость, при этом избежав нежелательных последствий для организма пациента.
