Xenon forbedrer egenskaberne af maxillofacial og ortopædiske implantater

Forskere fra Tomsk Polytechnic University (TPU) studerede sammen med kollegerne fra Siberian State Medical University (SSMU) og Immanuel Kant Baltic Federal University (IKBFU) egenskaberne af calciumphosphatbelægninger aflejret på titaniumimplantater i forskellige miljøer med inaktive gasser. Det lykkedes forskerne at opdage, at brugen af ​​xenon positivt påvirker det fysisk-kemiske, mekaniske og biologiske egenskaber af de belægninger, der anvendes til oral- og kæbekirurgi, ortopædi og traumatologi. I øvrigt, ingen omfattende forskning relateret til virkningen af ​​arbejdsgasser på overflader er tidligere blevet udført. Forskningsresultaterne er publiceret i Biomedicinske materialer .

"Vores forskerhold er engageret i biomedicinske materialer. ingeniøruniversitetskonteksten indebærer ikke at have interne medicinske forskere. Derfor samarbejder vi med forskerne fra SSMU og IKBFU for at opnå alle de nødvendige kompetencer. Dette samarbejde giver ikke kun mulighed for at opnå resultaterne i form af akademiske artikler, men også for at løse de virkelige problemer inden for medicin. Trods alt, praktisk anvendelse af vores teknologiske løsninger uden medicinske eksperter er simpelthen umuligt.

I det lange løb, vores samarbejde har et udfordrende mål – at gøre Tomsk til et center for udvikling og anvendelse af nye medicinske materialer og teknologier. Som ingeniører, vi kan foreslå nye tekniske ideer og materialer, og de, som medicinske forskere, kan omsætte disse ideer i medicinsk praksis.

Denne kombination af tekniske og medicinske universiteter vil hjælpe os med at højne patientbehandlingskvaliteten og reducere behandlingstiden, "Sergei Tverdokhlebov, Leder af TPU Laboratory for Plasma Hybrid Systems, siger.

Calciumphosphatbelægningerne op til 1 μm tykke blev aflejret på titaniumsubstratet ved sputteraflejring af hydroxyapatitmål i arbejdsgassen. Som regel, en inert gas argon bruges til disse formål. Imidlertid, TPU-forskerne studerede ikke kun effekten af ​​argon, men eksperimenterede også med neon, krypton og xenon på belægningerne. Derefter, forskerne studerede fysisk-kemiske, mekaniske og biologiske egenskaber af de opnåede biomedicinske materialer. TPU-forskerne arbejdede med belægningsformulering, morfologi, mekaniske egenskaber, herunder vedhæftning og kemisk sammensætning, mens SSMU og IKBFU personale udførte den cellulære forskning.

"Calciumphosphatbelægningerne studeres ikke kun på vores universitet. Deres egenskaber er grundigt undersøgt, og forskere arbejder på at forbedre deres. Vores fælles forskningsarbejde var rettet mod at opnå nye resultater i denne retning og forske i virkningen af ​​forskellige inerte gasser på belægninger. I vores del af forskningsarbejdet, vi fandt ud af, at afhængigt af en bestemt gas, belægningsmorfologien, calcium til fosfor forholdet er forskelligt, og de mekaniske egenskaber varierer. For eksempel, belægningerne dannet med xenon viser bedre vedhæftning, hvilket er en egenskab, der forhindrer belægningen i at skalle for hurtigt af fra overfladen. Resultaterne opnået ved brug af cellulære teknologier overraskede os, fordi i dette tilfælde viste xenon sig også bedst, "Anna Kozelskaya, Forskningsstipendiat ved TPU Weinberg Research Center, en af ​​artiklens forfattere, siger.

Mesenkymale stamceller isoleret fra donorens fedtvæv blev brugt til cellulær forskning. Disse celler kan omdannes til forskellige typer celler, herunder fedt, knogle, brusk, sandsynligvis, muskel- og nerveceller. Celleforskningen omfattede test af cellelevedygtighed, in vitro cellekultur og genekspression. I dette forskningsarbejde, det var nødvendigt at konstatere, at belægningerne stimulerer mesenkymal stamcelleovergang til knoglevævsceller.

"Resultaterne viste sig at være ret interessante. Inerte gasser anses for at være ret inerte stoffer med lignende egenskaber. Ikke desto mindre, de påvirker forskelligt de fysisk-kemiske egenskaber af de dannede calciumphosphatbelægninger. Til gengæld det forårsager forskellig cellulær respons startende fra deres genaktivering, der i sidste ende fører til stamcelleovergangen til osteoblaster.

Xenon, kendt som en gas til anæstetiske formål i medicin, viste den mest gunstige cellulære respons. Hvis resultaterne bekræftes af dyreforsøg og kliniske forsøg, vi kan tale om implementering af teknologien til at producere et udvidet implantatpanel, der bruges i bioengineering af knoglevæv, "Igor Khlusov, Professor ved SSMU-afdelingen for morfologi og generel patologi, tilføjer.

På samme tid, forskerne indrømmer, at xenon er en ret dyr inert gas at bruge. Imidlertid, de belægninger, der dannes ved hjælp af det, kan kombineres med tykkere calciumphosphatbelægninger med en krystallinsk struktur. Det vil gøre det muligt at reducere gasudgifter og opnå belægninger med forbedrede egenskaber. Faktum er, at belægningerne dannet med xenon opnår en fuldstændig amorf struktur. Det hjælper med at stimulere knogledannelsen i de første uger efter implantatindsættelse. Calcium og fosfor, der er ansvarlige for knoglevævsdannelsen, frigiver godt fra denne belægning. Derved, sådanne tynde belægninger nedbrydes meget hurtigt og afdækker implantatet.

"Vi foreslår at påføre en sådan belægning over calciumphosphatbelægninger med en krystallinsk struktur. Således, vi kan opnå en anden positiv effekt:et amorft lag vil nedbrydes i løbet af de første to-fire uger, hvilket giver en maksimal calcium- og fosfatfrigivelse. Derefter, de nederste lag sørger for en yderligere længere frigivelse af elementerne, hvilket vil bidrage til en længerevarende proces. Kombinationen af ​​sådanne belægninger vil være den næste fase af vores forskningsarbejde, " forklarer Anna Kozelskaya.