Химики предложили новый способ улучшить титановые импланты | Популярный Университет

Химики предложили новый способ улучшить титановые импланты

Испанские учёные предложили метод химической модификации поверхности титановых имплантатов дендримерами.

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.

Молекула дендримера, используемая в качестве матрицы для функционализации поверхности титана
Молекула дендримера, используемая в качестве матрицы для функционализации поверхности титана

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

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: