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.
«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, — рассказывает инициатор работы, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Мария Сурменева. — 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.
«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», — поясняют авторы статьи.
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.
«В некоторых работах между слоями загружаются наночастицы серебра, которые обладают антибактериальным эффектом. Это также оказывает влияние на увеличение срока службы имплантата», — добавляет Екатерина Чудинова.
Ученые планируют продолжить исследование, следующим этапом экспериментов станет выявление эффективности метода для лечения воспалений при имплантации.