Ученые ТПУ разработали композитный материал для «умных» имплантатов

Ученые Томского политехнического университета в составе международного научного коллектива разработали новый подход к внедрению графена в материалы для костных имплантатов. Новая технология позволяет «рисовать» биосовместимые электрические схемы на поверхности непроводящего костного импланта.

На сегодняшний день в медицине наметился тренд на «умные» импланты, которые помимо своей основной функции замещения тканей позволяют отслеживать показатели здоровья пациентов, состояние самого имплантата, а также реализовывать направленную доставку лекарств и стимулировать заживление тканей.

Томские ученые с помощью метода лазерной обработки интегрировали электропроводящий графен в титановую пластину с кальций – фосфатным покрытием — материал, который используют для производства имплантатов в ортопедии и стоматологии.

«Полученный композит продемонстрировал превосходную прочность, выдержав испытание на истирание песком в течение двух часов и нагрузку в 100 тысяч циклов изгиба без ущерба для электрических характеристик. Электрохимическая стабильность материала сохранялась после миллиона импульсных циклов тока», — рассказала один из авторов исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.

Ученые также исследовали стабильность композитного покрытия в физиологических условиях и оценили его биосовместимость.

«В течение недели в лабораторных условиях на поверхности композита культивировали клетки остеосаркомы человека. Биоматериал доказал свою нетоксичность для клеточных культур, что является первым шагом в цепочке исследований, необходимых, чтобы доказать безопасность нового композита для человека. Кроме того, исследования показали, что полученный материал сохраняет свои электрические свойства без существенной деградации на протяжении 12 недель в среде, схожей со средой организма, при температуре 38°C и разных уровнях pH», — прокомментировал результаты еще один участник исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгений Плотников.

По мнению ученых, в будущем в такой «умный» материал можно будет, например, встроить датчик, который будет отслеживать нагрузку на имплантат, и сигнализировать о его деформации или разрушении, помогая врачам корректировать реабилитацию. Кроме того, интеграция электропроводящих материалов могла бы позволить проводить «физиотерапию» за счет электрической стимуляции или нагрева, улучшая кровообращение и ускоряя рост клеток для ускоренного заживления.

В исследованиях приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ, университета Шихэцзы (Китай), университета электронных наук и технологий Китая, Сычуаньского университета (Китай) и Королевского колледжа Лондона.