Ученые Пермского «политеха» нашли способ обеспечить стерильность для имплантатов из углеродного композита
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) определили допустимую норму гамма-облучения, которая обеспечит необходимый уровень стерильности и не снизит прочность углеродного композиционного материала, который в скором времени начнут широко применять в медицине при проектировании эндопротезов и имплантатов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках программы деятельности Пермского научно-образовательного центра мирового уровня «Рациональное недропользование».
Углеродный композиционный материал «Углекон-МЯ» – новый перспективный материал с высокопористой мелкоячеистой структурой. Он прочный, безопасный, биологически хорошо совместим с тканями человека и не вызывает аутоиммунных и аллергических реакций. Кость прорастает внутрь такого имплантата, и это обеспечивает его надежную интеграцию с окружающими тканями. При таких условиях его использование в качестве имплантата для замещения костного дефекта человека будет безопасным и эффективным.
Для широкого применения нового материала в лечебной практике важно не только изучить все аспекты его правильного использования, но и подобрать способ очищения от патогенных микроорганизмов, чтобы не допустить риск возможных инфекционных осложнений после хирургического вмешательства.
В медицине качество стерилизации имеет серьезное значение. Особенно это относится и к имплантатам, так как они непосредственно взаимодействуют с тканями организма. Для каждого материала подбирают свой наиболее эффективный способ обеззараживания. Стерильность имплантатов, как правило, достигается путем обработки материала сухим жаром или специальными растворами и газами. Для углеродных композиционных материалов данные способы малоэффективны, поскольку не могут гарантировать стерильность внутренней поверхности пор материала.
Ученые ПНИПУ подобрали режим радиационного обеззараживания нового углеродного материала «Углекон-МЯ», при котором достигается 100% очищение имплантата от патогенных микроорганизмов и при этом практически не снижаются прочностные характеристики материала.
Владимир Онискив, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ:
- Обеззараживание радиацией остается практически единственным эффективным способом для имплантатов из высокопористого углерода. Она обеспечивает полное уничтожение микроорганизмов, однако при этом нужно подобрать такую дозу облучения, которая не окажет значительного влияния на механические свойства материала. Это особенно важно для имплантатов, используемых для заполнения объемных костных полостей в опорных сегментах скелета, например, в бедренной кости. Они испытывают серьезные эксплуатационные нагрузки, поэтому стерилизация не должна снизить прочность материала. Мы изучили, как влияет та или иная доза радиации на стерильность «Углеком-МЯ» и при этом экспериментально оценивали его механические свойства.
Для эксперимента ученые изготовили 12 образцов «Углеком-МЯ» в виде сдвоенных пластин и заразили их различными штаммами бактерий, которые широко распространены в природе и продуктах питания. Один зараженный образец не подвергался радиации, остальные облучались дозами от 2.5 до 10 Мрад.
Рост микроорганизмов был зафиксирован только в контрольном необлученном образце. На остальных размножения бактерий не произошло. Это говорит о том, что исследованные дозы радиационного воздействия гамма-облучением, в том числе и минимальная, обладают бактерицидным эффектом и на 100% стерилизуют углеродный имплантат. Испытания механических свойств образцов показали, что дозы выше 2.5 Мрад приводят к радиационной деструкции, из-за чего прочность материала снижается на 12%.
Напомним, ПНИПУ является участником Пермского НОЦ и реализует разработки в рамках технологического проекта «Инновационные химические, медицинские и фармацевтические технологии».
