Forskare vid Tomsk Polytechnic University (TPU) studerade tillsammans med kollegorna från Siberian State Medical University (SSMU) och Immanuel Kant Baltic Federal University (IKBFU) egenskaperna hos kalciumfosfatbeläggningar avsatta på titanimplantat i olika miljöer med inerta gaser. Forskarna lyckades upptäcka att användningen av xenon positivt påverkar den fysikalisk-kemiska, mekaniska och biologiska egenskaper hos de beläggningar som används vid oral och käkkirurgi, ortopedi och traumatologi. Dessutom, ingen omfattande forskning relaterad till inverkan av arbetsgaser på ytor har tidigare utförts. Forskningsresultaten publiceras i Biomedicinska material .

"Vårt forskarlag är engagerat i biomedicinska material. ingenjörsuniversitetskontexten innebär inte att det finns interna medicinska forskare. Därför samarbetar vi med forskarna från SSMU och IKBFU för att skaffa alla nödvändiga kompetenser. Detta samarbete tillåter inte bara att få resultaten i form av akademiska artiklar, men också för att lösa medicinens verkliga problem. Trots allt, praktisk tillämpning av våra tekniska lösningar utan medicinska experter är helt enkelt omöjlig.

I det långa loppet, vårt samarbete har ett utmanande mål – att göra Tomsk till ett centrum för utveckling och tillämpning av nya medicinska material och teknologier. Som ingenjörer, vi kan föreslå nya tekniska idéer och material och de, som medicinska forskare, kan omsätta dessa idéer i medicinsk praktik.

Denna kombination av tekniska och medicinska universitet kommer att hjälpa oss att höja kvaliteten på patientbehandlingen och minska behandlingstiden, "Sergei Tverdokhlebov, Chef för TPU-laboratoriet för plasmahybridsystem, säger.

Kalciumfosfatbeläggningarna upp till 1 μm tjocka avsattes på titansubstratet genom sputterdeponering av hydroxiapatitmål i arbetsgasen. Vanligtvis, en inert gas argon används för dessa ändamål. Dock, TPU-forskarna studerade inte bara effekten av argon utan experimenterade också med neon, krypton och xenon på beläggningarna. Sedan, forskarna studerade fysikalisk-kemiska, mekaniska och biologiska egenskaper hos de erhållna biomedicinska materialen. TPU-forskarna arbetade med beläggningsformulering, morfologi, mekaniska egenskaper, inklusive vidhäftning och kemisk sammansättning, medan SSMU och IKBFUs personal utförde cellforskningen.

"Kalciumfosfatbeläggningarna studeras inte bara vid vårt universitet. Deras egenskaper studeras grundligt och forskare arbetar med att förbättra dem. Vårt gemensamma forskningsarbete syftade till att få nya resultat i denna riktning och att forska inverkan av olika inerta gaser på beläggningar. I vår del av forskningsarbetet, vi fick reda på att beroende på en specifik gas, beläggningsmorfologin, förhållandet mellan kalcium och fosfor skiljer sig åt och de mekaniska egenskaperna varierar. Till exempel, beläggningarna som bildas med xenon visar bättre vidhäftning, vilket är en egenskap som förhindrar att beläggningen lossnar för snabbt från ytan. Resultaten som erhölls med användning av cellulär teknik överraskade oss eftersom xenon i detta fall visade sig bäst också, "Anna Kozelskaya, Forskarassistent vid TPU Weinberg Research Center, en av författarna till artikeln, säger.

Mesenkymala stamceller isolerade från donatorns fettvävnad användes för cellulär forskning. Dessa celler kan omvandlas till olika typer av celler, inklusive fett, ben, brosk, förmodligen, muskler och nervceller. Cellforskningen inkluderade testning av cellviabilitet, in vitro cellodling och genuttryck. I detta forskningsarbete, det var nödvändigt att säkerställa att beläggningarna stimulerar mesenkymal stamcellsövergång till benvävnadsceller.

"Resultaten visade sig vara ganska intressanta. Inerta gaser anses vara ganska inerta ämnen med liknande egenskaper. Ändå, de påverkar på olika sätt de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos de bildade kalciumfosfatbeläggningarna. I sin tur, det orsakar olika cellulära svar från deras genaktivering som i slutändan leder till stamcellsövergången till osteoblaster.

Xenon, känd som en gas för anestesiändamål inom medicin, visade det mest gynnsamma cellulära svaret. Om resultaten bekräftas av djurförsök och kliniska prövningar, vi kan prata om implementering av tekniken för att producera en utökad implantatpanel som används vid bioteknik av benvävnad, "Igor Khlusov, Professor vid SSMU Institutionen för morfologi och allmän patologi, lägger till.

På samma gång, forskarna medger att xenon är en ganska dyr inert gas att använda. Dock, beläggningarna som bildas med användning av den kan kombineras med tjockare kalciumfosfatbeläggningar med en kristallin struktur. Det kommer att göra det möjligt att minska gaskostnaderna och erhålla beläggningar med förbättrade egenskaper. Faktum är att de beläggningar som bildas med xenon får en helt amorf struktur. Det hjälper till att stimulera benbildning under de första veckorna efter implantatinsättning. Kalcium och fosfor som ansvarar för benvävnadsbildningen frigörs väl från denna beläggning. Vari, sådana tunna beläggningar sönderdelas mycket snabbt och avslöjar implantatet.

"Vi föreslår att man applicerar en sådan beläggning ovanpå kalciumfosfatbeläggningar med en kristallin struktur. vi kan få en annan positiv effekt:ett amorft lager kommer att sönderfalla under de första två-fyra veckorna vilket ger maximal kalcium- och fosfatfrisättning. Sedan, de nedre skikten kommer att ge en ytterligare längre frisättning av elementen, vilket kommer att bidra till en utdragen process. Kombinationen av sådana beläggningar kommer att vara nästa steg i vårt forskningsarbete, " förklarar Anna Kozelskaya.