Ксенонът влияе положително на свойствата на покритията, отложени върху титанови импланти

Ксенонът влияе положително на свойствата на покритията, отложени върху титанови импланти | ✅ Д-р Стоян Арнаудов - Ортопед | Травматолог ⭐️

Учени от Томския политехнически университет (TPU) съвместно с колегите от Сибирския държавен медицински университет (SSMU) и Балтийския федерален университет на Immanuel Kant (IKBFU) изследваха свойствата на калциевите фосфатни покрития, отложени върху титанови импланти в различни инертни газови среди.

Изследователите успяха да открият, че използването на ксенон влияе положително на физикохимичните, механичните и биологичните свойства на покритията, използвани в оралната и лицево-челюстната хирургия, ортопедията и травматологията. Освен това досега не са провеждани изчерпателни изследвания, свързани с въздействието на работещите газове върху повърхностите. Констатациите от изследването са публикувани в Биомедицински материали академично списание.

“Нашият изследователски екип се занимава с биомедицински материали. Контекстът на инженерния университет обаче не предполага наличието на вътрешни медицински изследователи. Ето защо си сътрудничим с изследователите от SSMU и IKBFU, получавайки всички необходими компетенции. Това сътрудничество позволява не само да получаване на резултатите под формата на академични статии, но също така и за решаване на реалните проблеми на медицината.В крайна сметка практическото приложение на нашите технологични решения без медицински експерти е просто невъзможно.

“В дългосрочен план нашето сътрудничество има предизвикателна цел – да превърне Томск в център за разработване и прилагане на нови медицински материали и технологии. Като инженери ние можем да предложим нови технически идеи и материали и те като медицински изследователи да ги поставят идеи в медицинската практика.

„Тази съвкупност от технически и медицински университети ще ни помогне да повишим качеството на лечението на пациентите и да намалим времето за лечение“, казва Сергей Твердохлебов, ръководител на лабораторията за плазмени хибридни системи на TPU.

Калциево-фосфатните покрития с дебелина до 1 μm се отлагат върху титановия субстрат чрез разпръскване чрез отлагане на хидроксиапатитни мишени в работния газ. Обикновено за тези цели се използва инертен газ аргон. Учените от TPU обаче са изследвали не само ефекта на аргона, но и са експериментирали с неон, криптон и ксенон върху покритията. След това учените изучават физикохимични, механични и биологични свойства на получените биомедицински материали. Изследователите на TPU са работили върху формулирането на покритията, морфологията, механичните свойства, включително адхезия и химичен състав, докато служителите на SSMU и IKBFU са провели клетъчните изследвания.

Калциево-фосфатните покрития се изучават не само в нашия университет. Техните свойства са добре проучени и учените работят върху тяхното подобряване. Нашата съвместна изследователска работа беше насочена към получаване на нови резултати в тази посока и изследване на въздействието на различни инертни газове върху покритията.

В нашата част от изследователската работа открихме, че в зависимост от конкретен газ, морфологията на покритието, съотношението калций към фосфор се различават и механичните свойства варират. Например, покритията, образувани с помощта на ксенон, показват по-добра адхезия, което е свойство, което предотвратява твърде бързото отлепване на покритието от повърхността. Резултатите, получени с използването на клетъчни технологии, ни изненадаха, защото и в този случай ксенонът се оказа най-добре. ”

Анна Козелская, научен сътрудник, Изследователски център на TPU Weinberg, един от авторите на статията

Мезенхимни стволови клетки, изолирани от мастната тъкан на донора, са използвани за клетъчни изследвания. Тези клетки могат да се трансформират в различни видове клетки, включително мастни, костни, хрущялни, вероятно мускулни и нервни клетки. Клетъчните изследвания включват тестване на жизнеспособността на клетките, in vitro клетъчна култура и генна експресия. В тази изследователска работа беше необходимо да се установи, че покритията стимулират прехода на мезенхимни стволови клетки в клетки на костната тъкан.

“Резултатите се оказаха доста интересни. Инертните газове се считат за доста инертни вещества със сходни свойства. Независимо от това, те по различен начин влияят на физикохимичните свойства на образуваните калциево-фосфатни покрития. На свой ред, той причинява различен клетъчен отговор, започвайки от техния ген активиране, което в крайна сметка води до преход на стволовите клетки в остеобласти.

Ксенонът, известен като газ за анестетични цели в медицината, показа най-благоприятния клетъчен отговор. Ако резултатите бъдат потвърдени от тестове върху животни и клинични изпитвания, можем да говорим за внедряване на технологията за производство на удължен имплантационен панел, използван в биоинженерството на костната тъкан “, добавя Игор Хлусов, професор от Катедрата по морфология и обща патология на SSMU.

В същото време учените признават, че ксенонът е доста скъп инертен газ за използване. Въпреки това, образуваните с него покрития могат да се комбинират с по-дебели калциево-фосфатни покрития с кристална структура. Това ще позволи намаляване на разходите за газ и получаване на покрития с подобрени свойства. Факт е, че покритията, образувани с ксенон, получават изцяло аморфна структура. Помага за стимулиране на образуването на кост през първите седмици след поставянето на импланта. Калций и фосфор, отговорни за образуването на костната тъкан, се освобождават добре от това покритие. По този начин такива тънки покрития се разлагат много бързо, разкривайки импланта.

“Предлагаме да се нанесе такова покритие над калциево-фосфатни покрития с кристална структура. По този начин можем да получим друг положителен ефект: аморфният слой ще се разложи през първите две-четири седмици, осигурявайки максимално освобождаване на калций и фосфат. След това, долните слоеве ще осигурят по-нататъшно по-дълго освобождаване на елементите, което ще допринесе за продължителен процес. Комбинацията от такива покрития ще бъде следващият етап от нашата изследователска работа “, обяснява Анна Козелская.

Източник:

Справка за списанието:

Козелская, А., и др. (2020) Ефект на работния газ върху физикохимичните и биологичните свойства на CaP покритията, нанесени от RFMS. Биомедицински материали. doi.org/10.1088/1748-605X/abcae3.