Лев Трусов, Вадим Тарасов, Александр Смольков (Ассоциация «Аспект», Россия), Richard Svrluga, Joseph Khoury, Seen Kirkpatrick (Exogenesis Corp., USA)
Переход к персонифицированной медицине в сфере производства различных изделий медицинского назначения потребовал создания новых, комплексных технологий изготовления этих изделий, включая имплантаты, учитывающих не только объемные свойства материала, но, что критически важно, и технологий модификации, в том числе, биоактивации их поверхности.
Объемные механические, физические, химические и биологические характеристики биосовместимых полимеров предоставляют разработчикам медицинских изделий широкий выбор для каждого конкретного применения.
Например, высокие прочностные параметры, химическая инертность, термостойкость, возможность магнитно-резонансных и рентгенологических методов контроля процессов вживления и состояния имплантатов в процессе эксплуатации, модуль упругости, близкий к его значению для кости человека, делает ряд биополимеров перспективными материалами для изготовления имплантатов. Однако, несмотря на перечисленные объемные характеристики, широкое применение биополимеров, помимо прочего, ограничивается низкой или сравнительно низкой биоактивностью поверхности имплантатов из биополимеров, что приводит к длительному процессу их вживления в организм человека. С этой точки зрения, технологии биоактивации поверхности биополимеров, и создание благоприятных условий для ускоренного роста живых клеток являются решающими для многих применений в медицине.
В мире широким фронтом ведутся работы в этом направлении от изменения структуры и морфологии поверхности биополимеров до химических и плазменных методов ее биоактивации.
К новейшей технологии этого направления относится технология модификации поверхности материалов, в том числе полимеров, ускоренными пучками нейтральных атомных кластеров (например, аргона), обеспечивающих модификацию поверхности на толщинах в единицы нанометров. Такая модификация поверхности материала на нано уровне придает ей, зачастую, неожиданные свойства, такие, как например, превращение не смачиваемых поверхностей в смачиваемые, окисляемых поверхностей в неокисляемые, шероховатую поверхность в, практически, абсолютно гладкую (средняя шероховатость около 1нм) или поверхность с заданной шероховатостью и т.п. Эти технологии уже успешно применяются в других отраслях, например, микроэлектронике и аэро-космической промышленности.
Эффективность технологии модификации поверхности биополимера ускоренными пучками нейтральных атомных кластеров для значительного повышения биоактивности его поверхности показана на примере полиэфирэфиркетона (ПЭЭК). Однако она также эффективна в применении к другим биосовместимым полимерам, применяемым в биомедицине.
Кроме того, такая модификация поверхности не приводит к появлению на ней каких-либо примесей и не требует нанесения на неё биологически активных веществ.
В докладе приведены экспериментальные данные по влиянию модификации поверхности ПЭЭК пучками атомных кластеров на увеличение адгезии и скорости роста клеток остеобласта, раннюю и высокую степень минерализации костной ткани, многократное увеличение прочности на разрыв при сращивании имплантата с модифицированной поверхностью с костной тканью, изменение гидрофобных свойств поверхности на гидрофильную, создание поверхности с заданной нано-шероховатостью, появления на поверхности большого количества гидроксильных и карбоксильных групп.
Полученные данные позволяют утверждать, что модификация поверхности пучками нейтральных атомных кластеров существенно увеличивает ее биоактивность, значительно сокращая время остеоинтеграции имплантатов.
Приводятся данные применения модификации поверхности материалов, в том числе полимеров, ускоренными пучками нейтральных атомных кластеров для таких биомедицинских применений, как предотвращение роста биопленки и бактерий на имплантатах, улучшение эксплуатационных характеристик интраокулярных линз, создание поверхностных наномембран для контролируемого элюирования лекарственных препаратов.
