Наноматериал для роста костей может улучшить ортопедические имплантаты

Для успеха ортопедических имплантатов кость должна срастись с металлом, из которого сделаны искусственные бедра, колени и плечи. Команда инженеров Университета Брауна под руководством Томаса Вебстера обнаружила новый материал, который может значительно повысить этот показатель успеха.

Команда взяла титан — самый популярный материал для имплантатов — и подвергла его химической обработке с применением электрического тока. Этот процесс, называемый анодированием, создает пористое покрытие на поверхности титана. Вебстер и его команда заполнили эти поры катализатором на основе кобальта, а затем подвергли образцы химическому процессу, включающему нагрев до 700° C. Это привело к тому, что из каждой поры начали расти углеродные нанотрубки.

Затем исследователи поместили человеческие остеобласты (клетки, формирующие кость) как на образцы, покрытые нанотрубками, так и на образцы чистого и анодированного титана. Образцы поместили в инкубатор. Через три недели команда обнаружила, что костные клетки росли в два раза быстрее на титане, покрытом нанотрубками. Клетки, взаимодействующие с нанотрубками, также производили значительно больше кальция — ключевого компонента для здоровых костей.

Результаты опубликованы в журнале Nanotechnology.

По словам Вебстера, доцента инженерного факультета, добавление углеродных нанотрубок к анодированному титану, по-видимому, стимулирует рост и функцию этих клеток.

Долгосрочное видение Вебстера для нового материала амбициозно. Он надеется создать новый класс имплантатов, которые смогут чувствовать рост кости, а затем передавать эту информацию на внешнее устройство. Это позволило бы врачам контролировать процесс и решать, нужно ли вводить гормоны роста, чтобы избежать дополнительной операции. Сейчас пациентам с имплантатами необходимо делать рентген или сканирование костей.

Вебстер считает, что эти «биосенсорные» имплантаты можно даже спроектировать для обнаружения инфекции и покрыть специальным покрытием для высвобождения антибиотиков в организм.

Концепция биосенсоринга может работать, потому что при выработке клетками кальция создается электрический ток. Этот ток может проводиться через углеродные нанотрубки и передаваться с помощью радиочастоты на портативное устройство вне тела — аналогично процессу, используемому в современных кардиостимуляторах.

По словам Вебстера, эта технология может значительно улучшить здоровье пациентов и сократить количество дорогостоящих диагностических тестов и операций. Хотя до создания «умного» имплантата еще далеко, новые результаты являются важным первым шагом.