Биокомпозитные имплантаты не воспроизводят всех свойств природной кости

В третий день Конгресса состоялся симпозиум «Новые остеопластические материалы: модификация, функционализация, биоконструирование». Доклады симпозиума были посвящены возможностям восстановления костной ткани, как существующим, так и находящимся в разработке.

Открыл симпозиум Валерий Путляев (к. х. н., доцент химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова). Он рассказал о принципах конструирования биокомпозитов для замещения костной ткани и о требованиях к биокомпозитным имплантатам.

По его словам, ключевые характеристики имплантатов — остеокондуктивность, то есть пористость, и остеоиндуктивность, то есть способность стимулировать рост костной ткани. Пористость обеспечивает прорастание ткани в имплантат. В природной кости поры связаны между собой. Чтобы максимально точно имитировать кость, имплантат должен обладать сложной архитектурой пор, обеспечивающей баланс между их связностью и жесткостью изделия.

Путляев рассказал и о принципах изготовления имплантатов. Сначала создается компьютерная модель, затем осуществляется стереолитографическая 3D-печать керамического скаффолда на основе фосфата кальция. Остеоиндуктивный потенциал скаффолда обеспечивается его наполнением остеоиндуцирующими препаратами и/или клетками-предшественниками. Другой путь — создание слабокислой среды в зоне дефекта. Наконец, остеоиндуктивность могут обеспечить примесные катионы и анионы.

Докладчик отметил, что биокомпозитные имплантаты весьма перспективны для применения в стоматологии, и в настоящее время его группа ведет совместную работу со стоматологическими институтами. По его словам, полностью сымитировать аутокость невозможно. Кроме того, биокомпозитные имплантаты нельзя использовать для замещения дефектов в высоконагруженных костях.

Во время дискуссии после доклада Путляев сказал, что биокомпозитные материалы мертвы, поэтому их остеоиндуктивность далека от таковой у природных костей.

Следующий спикер Дмитрий Штанский (д. ф.-м. н., профессор МИСиС) представил возможности модификации поверхности имплантатов для придания им антимикробных свойств. Существует несколько подходов к проблеме. Напнример, можно обеспечить выход бактерицидных компонентов из материала или образование активных форм кислорода возле его поверхности, придать материалу антиадгезивные свойства, а также сделать его чувствительным к кислотности среды. Бактерицидность также обеспечивается изменением шероховатости и функционализацией — пришиванием к поверхности активных молекул. В случае с имплантатами кости важно сохранить биоактивность и нетоксичность материала. Таким образом, работа над антимикробными свойствами имплантатов требует исследования совокупности большого количества параметров.

Такое исследование провела группа Штанского, взяв в качестве модели покрытие состава TiCaPCON. По словам докладчика, покрытие имеет РУ РЗН, держатель удостоверения — компания «Конмет». Ученые оценивали бактерицидные свойства различных модификаций покрытия. Они встраивали в него ионы серебра, которые постепенно высвобождаются в растворе, изменяли его шероховатость и топографию, добавляли к нему биоактивные компоненты, пришивали антибиотики и антимикробные пептиды, а также использовали комбинированные подходы.

Так, поверхность, модифицированная ионами Cu²⁺, демонстрировала хорошую биосовместимость, подавляла рост стафилококка и кишечной палочки и препятствовала образованию биопленок. Если поверхность модифицировали одновременно антибиотиком гентамицином и ионами серебра, на первом этапе гентамицин выходил в раствор быстрее. Штанский предполагает, что такое покрытие позволит снижать концентрацию антибиотика за счет локального терапевтического эффекта.

Спикер также описал придание материалу бактерицидных свойств за счет микрогальванического взаимодействия компонентов поверхности и наноструктурирование, обеспечивающее контактную бактерицидность.