МИСиС: Многослойные антибактериальные покрытия для имплантатов

Основная статья:Рынок медицинских изделий в России

2022: Антибактериальные нано-покрытя на основе нитрида бора и ультрадисперсного металлизированного серебра

Материаловеды Университета «МИСИС» создали антибактериальные нано-покрытия против микробных и грибковых патогенов, которые не имеют характерных негативных побочных эффектов и могут стать безопасной альтернативой антибиотикам для использования в травматологии, хирургии и имплантологии. Материал на основе нитрида бора и ультрадисперсного металлизированного серебра или наночастиц оксида железа обладает эффективностью до 99,99%. На август 2022 года проводятся испытания полученных образцов в качестве покрытий для имплантатов. Об этом 9 августа 2022 года сообщили представители Университета «МИСИС».

Ученые создали антибактериальные нано-покрытя на основе нитрида бора и ультрадисперсного металлизированного серебра. Фото: minobrnauki.gov.ru.

По информации компании, разработчики подчеркивают, что в результате испытаний было доказано, что покрытие безопасно для организма пациента. Отличием от аналогов стали минимальные дозы бактерицидных компонентов и полное отсутствие наполнителя-антибиотика, что исключает резистентность.

Группа ученых НИТУ «МИСИС» совместно с коллегами из Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии предложили нестандартное комплексное тройное воздействие на инфекционные возбудители: игольчатая поверхность наночастиц физически повреждает мембраны бактериальных клеток, затем высвобождаются ионы металлов, обладающие бактерицидным эффектом, а затем образуются активные формы кислорода, уничтожающие болезнетворные организмы. Усиленная бактерицидная и фунгицидная активность нано-покрытия связана с образованием большого количества активных форм кислорода: свободные радикалы повреждают стенки микроорганизмов, в результате чего последние погибают.

Мы синтезировали покрытия, состоящие из наночастиц нитрида бора, модифицированные ультрадисперсными наночастицами серебра, или оксида железа. Носители нитрида бора обладают уникальной сферической формой с игольчатой поверхностью, позволяющей повреждать и разрывать мембрану бактериальных клеток при физическом контакте с ними. Сами покрытия выделяют ионы металлов в зависимости от концентрации. Наши исследования показали, что при минимальной ингибирующей концентрации, наночастицы оксида железа (74 мкг/см2) эффективно подавляют рост грамотрицательных бактерий кишечной палочки, а также золотистого стафилококка и пневмококков уже в течение первых трех часов. Покрытия с серебром в минимальной концентрации 12 мкг/см полностью инактивируют бактерии. рассказала Кристина Гудзь, один из авторов исследования, сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» Университета «МИСИС»

Оказалось, что такое покрытие уничтожает 100% исследованных микроорганизмов: бактериальные штаммы и грибок Candida parapsilosis погибают в течение суток после воздействия. По словам исследователей, саму сферическую и игольчатую, «лохматую» форму наночастиц нитрида бора умеют получать только они, ее особенность зарегистрирована в виде российского ноу-хау: «Способ получения наноструктурированных покрытий гексагонального нитрида бора с антибактериальным эффектом».Елена Истомина, Directum: Как no-code меняет стоимость проекта 6.2 т

Следующим шагом станет работа по масштабированию разработки в качестве перевязочного материала для применения в травматологии и хирургии. Также в будущем планируется провести исследования in-vitro, на август 2022 года в приоритете проведение исследований на особо опасных штаммах бактерий и вирусов (Vibrio cholerae, Covid-19 и др.).

Исследование выполнено в рамках стратегического проекта «Биомедицинские материалы и биоинженерия», поддержанного программой Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»). Результаты работы представлены в международном научном журнале Applied Surface Science.

2021

Мультикомпонентное покрытие на основе оксида титана, модифицированое кальцием, фосфором, кремнием и бором

7 декабря 2021 года НИТУ «МИСиС» сообщил, что его ученые разработали антибактериальное покрытие для имплантатов, позволяющее предотвратить их отторжение и развитие инфекции под воздействием антибиотико-резистентных бактерий. Разработанный материал обладает высокой биосовместимостью и может найти широкое применение, в том числе, в имплантологии и черепно-челюстно-лицевой хирургии. Исследование опубликовано в журнале Applied Surface Science.

Принцип работы антибактериального покрытия

Несмотря на то, что имплантация в последние годы показывает хорошие результаты в раннем послеоперационном периоде, риски отдаленных осложнений, связанных с развитием воспаления тканей, окружающих остеоинтегрированный имплантат, все еще сохраняются.

Наиболее вероятной причиной развития таких воспалений может быть проникновение инфекции в зону контакта имплантата с костью. Особую опасность представляют антибиотикорезистентные бактерии, такие как кишечная палочка и золотистый стафилококк. Решением проблемы вторичных воспалительных осложнений могут стать антибактериальные покрытия для имплантатов.

Тем не менее, создание антибактериальных, но при этом биосовместимых и биоактивных поверхностей, – это проблема, которую научное сообщество решает на протяжении многих лет. Материалы, полностью отвечающие всем этим критериям, до сих пор синтезированы не были.

Ученые НИТУ «МИСиС» создали мультикомпонентное покрытие на основе оксида титана, позволяющее предотвратить развитие бактериальной инфекции. Покрытие дополнительно модифицировано кальцием, фосфором, кремнием и бором методом дугового оксидирования, что позволяет повысить биоактивность материала. Затем в получившийся материал методом ионной имплантации были введены частицы меди и серебра.

Синтезированное российскими учеными покрытие обладает оптимальной структурой, а модификация биоактивными элементами позволяет добиться более эффективной остеоинтеграции. Кроме того, такое покрытие способствует минерализации прилегающей костной ткани.

Результаты исследований in vitro показали высокую клеточную совместимость и продемонстрировали стопроцентную бактерицидную эффективность в отношении устойчивого к антибиотикам бактериальных штаммов кишечной палочки и золотистого стафилококка. Добавление частиц бора позволило добиться усиленного биоцидного эффекта. По словам разработчиков, такое покрытие может найти применение, в том числе, в имплантологии и черепно-челюстно-лицевой хирургии.

Анастасия Попова

«Актуальность разработки объясняется увеличивающейся потребностью в операциях по эндопротезированию костных имплантатов, связанной со старением населения и более широким распространением дегенеративных заболеваний. Титан и его сплавы на начало декабря 2021 года являются наиболее широко используемыми материалами для замены поврежденных участков костной ткани. Но титан не обладает ни биоактивностью, ни антибактериальной активностью. При этом известно, что процесс остеоинтеграции зависит в том числе от таких факторов как химический состав поверхности и ее морфология. Также известно, что инфекционные осложнения при эндопротезировании - одна из значимых медицинских и социально-экономических проблем, способом решения которой может стать комплекс мер по предотвращению образования биопленки на поверхности имплантата», – поясняет один из соавторов исследования Анастасия Попова, студентка 2 курса магистратуры программы iPhD «Биоматериаловедение» НИТУ «МИСиС», сотрудница Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ИСМАН.

Работа выполнена в рамках международного научного проекта Россия-Индия, финансируемого РФФИ.

Многослойное антибактериальное покрытие на основе оксида титана и антисептических компонентов

Молодые ученые НИТУ «МИСиС» представили многослойные антибактериальные покрытия с пролонгированным эффектом и универсальным спектром действия. В основе покрытия - модифицированный оксид титана и несколько антисептических компонентов. Покрытия можно применять в имплантологии в качестве защитного слоя для профилактики сопутствующих осложнений – воспалений или отторжений имплантатов. Об этом университет сообщил 16 апреля 2021 года.

Антибактериальные покрытия на апрель 2021 года активно исследуются, так как растет актуальность поиска альтернатив традиционным антибиотикам. Их можно наносить на имплантаты, тем самым предотвращая воспаления, вызванные внутрибольничными инфекциями.

Тем не менее, создание антибактериальных, но при этом биосовместимых и биоактивных поверхностей – это проблема, которую научное сообщество решает на протяжении многих лет, а «материалы мечты» так и не разработаны.

Молодые ученые лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» создали инновационное многослойное покрытие, синтезирующее защитные свойства наночастиц, биополимеров, антикоагулянта и антибиотика. Антибиотик и наночастицы серебра обеспечивают антибактериальный эффект, а гепарин предотвращает «налипание» бактериальных клеток к поверхности ткани, что снижает количество требуемого антибактериального агента.

Методика получения многослойного покрытия – это сочетание нескольких технологий: сначала с помощью магнетронного распыления было получено тонкое биоактивное наноструктурное покрытие состава TiCaPCON, далее методом ионной имплантации в состав покрытия вводили частицы серебра, затем был нанесен биополимерный слой, который в препарате играет роль носителя для бактерицидных молекул гепарина и гентамицина, - рассказала автор работы, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Елизавета Пермякова.

Химический состав полученных слоев покрытия был тщательно исследован разработчиками с помощью инфракрасной и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Было обнаружено, что внедрение терапевтических компонентов происходит по всей толщине нанесенного плазмой полимерного слоя.

Совместно с коллегами из Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии ученые изучили влияние каждого типа антибактериального компонента (ионы серебра, гентамицин и гепарин) на антибактериальную активность и биосовместимость полученных покрытий.

По результатам исследований in vitro покрытия показали клеточную совместимость и продемонстрировали превосходную (до 99%) бактерицидную эффективность в отношении устойчивого к антибиотикам бактериального штамма кишечной палочки E. Coli.

Сочетание нескольких бактерицидных наполнителей и ионов серебра с биоактивным покрытием из модифицированного кальцием и фосфором оксида титана обеспечило биосовместимость и длительное – до 7 дней - антибактериальное действие полученным покрытиям, - подчеркнула Елизавета Пермякова.

По словам разработчиков, инновационные покрытия могут применяться как антибактериальный модификатор имплантата, позволяющий ускорить его вживление за счет снижения рисков сопутствующих воспалений и стимуляции роста остеобластных клеток.

На апрель 2021 года исследователи планируют перейти к доклиническому этапу разработки.

Смотрите также

Импортозамещение медицинских изделий

Ценовое регулирование медицинских изделий в России

Экспорт медицинских изделий из Москвы

Экспорт медицинских изделий из России

Мозговой имплантат

Грудные имплантаты

Зубные имплантаты

Имплантаты для ягодиц

Имплантаты для спондилодеза (мировой рынок)

Сердечные имплантаты (мировой рынок)

Костная имплантация