Испанские химики предложили способ химической модификаций поверхности титановых имплантов. Теперь титан может связываться с матрицей дендримеров не только физически, но и химически, а значит — лучше интегрироваться в кость. Исследование опубликовано в Polymers.
Медицинские импланты зачастую изготавливают из титана. Материал используется уже давно — например, им повсеместно протезируют и имплантруют зубы. Хорошо известны его коррозионная стойкость, механические свойства, биосовместимость. Однако, несмотря на небольшой процент неудачных операций, отторжение таких имплантов — не редкость. Причина — его сложно вводить в костную ткань.
Инертность титана и его сплавов к среде организма — палка о двух концах. С одной стороны, уменьшается вероятность воспаления, с другой — материал импланта не распознаётся окружающими тканями и, как следствие, кость не связывается с ним (не возникает остеоинтеграции). Один из путей решения этой проблемы — модификация поверхности титана. Можно, например, закрепить на ней распознаваемые биоактивные молекулы или молекулярные фрагменты, с которыми клетки могли бы взаимодействовать.
Зачастую в качестве таких молекулярных фрагментов используется остаток трипептида аргинин-глицин-аспарагиновой кислоты (сокращенно — RGD). Распределить и закрепить эти фрагменты по поверхности импланта — непростая задача. Типичный подход — нанести на материал в качестве матрицы слой полимера, на котором размещены необходимые группировки. Однако уже было показано, что использование в качестве такой матрицы дендримеров — макромолекул с симметричной древовидной структурой — улучшает взаимодействие клеток с имплантом по сравнению с обычным слоем полимера. Проблема в том, что в предложенных ранее вариантах связывание титана с матрицей исключительно физическое. Этого недостаточно для устойчивости такого покрытия в реальных условиях.
Испанские учёные предложили метод более прочного химического связывания матрицы дендримеров с покрытием титанового импланта. В своём исследовании авторы окисляют поверхность титана и силанизируют её (обрабатывают кремнийорганическим реагентом), таким образом создавая на поверхности множество аминогрупп. Ацилированием этих аминогрупп присоединяют предварительно синтезированный дендример, в который далее в несколько стадий вводят необходимые RGD-фрагменты.
Полученную поверхность протестировали на культуре остеобластов человека. Исследователи обнаружили, что присутствие на поверхности RGD-фрагментов не увеличило сцепление (адгезию) клеток с имплантом. Однако положительный эффект наблюдался в пролиферации клеток — поверхность стимулировала разрастание костной ткани.
По словам авторов, продемонстрированный ими подход имеет несколько преимуществ. Во-первых, функционализация поверхности происходит через образование устойчивых в биологических средах амидных связей. Во-вторых, процесс модификации поверхности легко контролировать по изменению свободных аминогрупп, например, нингидриновой реакцией. Наконец, терминальные аминогруппы синтезированного дендримера можно далее функционализировать не только под RGD-фрагменты, что делает метод достаточно универсальным и разносторонним. Предложенный метод поможет в разработке более качественных покрытий имплантов, делая их более биосовместимыми и уменьшая процент неудачных имплантаций.
Автор: Максим Мазурин
Редактор: Анастасия Воротникова