Wetenschappers van de Tomsk Polytechnic University (TPU) bestudeerden samen met de collega's van de Siberian State Medical University (SSMU) en de Immanuel Kant Baltic Federal University (IKBFU) de eigenschappen van calciumfosfaatcoatings die werden afgezet op titaniumimplantaten in verschillende omgevingen met inerte gassen. De onderzoekers zijn erin geslaagd te ontdekken dat het gebruik van xenon een positief effect heeft op de fysisch-chemische, mechanische en biologische eigenschappen van de coatings die worden gebruikt in de mond- en kaakchirurgie, orthopedie en traumatologie. Bovendien, er is nog niet eerder uitgebreid onderzoek gedaan naar de impact van werkgassen op oppervlakken. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Biomedische materialen .

"Ons onderzoeksteam houdt zich bezig met biomedische materialen. de context van de ingenieursuniversiteit impliceert niet dat er medische onderzoekers in huis zijn. Daarom werken we samen met de onderzoekers van SSMU en IKBFU om alle vereiste competenties te verwerven. Deze samenwerking maakt het niet alleen mogelijk om de resultaten te verkrijgen in de vorm van wetenschappelijke artikelen, maar ook om de echte problemen van de geneeskunde op te lossen. Ten slotte, praktische toepassing van onze technologische oplossingen zonder medische experts is simpelweg onmogelijk.

Op lange termijn, onze samenwerking heeft een uitdagend doel:van Tomsk een centrum maken voor de ontwikkeling en toepassing van nieuwe medische materialen en technologieën. Als ingenieurs, we kunnen nieuwe technische ideeën en materialen voorstellen en zij, als medische onderzoekers, kunnen deze ideeën in de medische praktijk toepassen.

Deze combinatie van technische en medische universiteiten zal ons helpen de kwaliteit van de behandeling van patiënten te verbeteren en de behandeltijd te verkorten, "Sergei Tverdokhlebov, Hoofd van het TPU-laboratorium voor hybride plasmasystemen, zegt.

De calciumfosfaatcoatings tot 1 m dik werden op het titaniumsubstraat afgezet door sputterdepositie van hydroxyapatietdoelen in het werkgas. Gebruikelijk, Hiervoor wordt een inert gas argon gebruikt. Echter, de TPU-wetenschappers bestudeerden niet alleen het effect van argon, maar experimenteerden ook met neon, krypton en xenon op de coatings. Vervolgens, de wetenschappers bestudeerden fysisch-chemische, mechanische en biologische eigenschappen van de verkregen biomedische materialen. De TPU-onderzoekers werkten aan coatingformulering, morfologie, mechanische eigenschappen, inclusief adhesie en chemische samenstelling, terwijl medewerkers van SSMU en IKBFU het cellulaire onderzoek uitvoerden.

"De calciumfosfaatcoatings worden niet alleen aan onze universiteit bestudeerd. Hun eigenschappen worden grondig bestudeerd en wetenschappers werken aan hun verbetering. Ons gezamenlijke onderzoekswerk was gericht op het verkrijgen van nieuwe resultaten in deze richting en het onderzoeken van de impact van verschillende inerte gassen op coatings. In ons deel van het onderzoekswerk, kwamen we erachter dat, afhankelijk van een specifiek gas, de coatingmorfologie, calcium tot fosfor verhouding verschillen en de mechanische eigenschappen variëren. Bijvoorbeeld, de met xenon gevormde coatings vertonen een betere hechting, een eigenschap die voorkomt dat de coating te snel van het oppervlak afbladdert. De resultaten die zijn verkregen met het gebruik van cellulaire technologieën verrasten ons omdat in dit geval xenon zich ook het beste bewees, "Anna Kozelskaja, Research Fellow van het TPU Weinberg Research Center, een van de auteurs van het artikel, zegt.

Mesenchymale stamcellen geïsoleerd uit het vetweefsel van de donor werden gebruikt voor celonderzoek. Deze cellen kunnen transformeren in verschillende soorten cellen, inclusief vet, bot, kraakbeen, waarschijnlijk, spier- en zenuwcellen. Het celonderzoek omvatte het testen van de levensvatbaarheid van cellen, in vitro celcultuur en genexpressie. In dit onderzoekswerk het was noodzakelijk om vast te stellen dat de coatings de overgang van mesenchymale stamcellen naar botweefselcellen stimuleren.

"De resultaten bleken heel interessant te zijn. Inerte gassen worden beschouwd als tamelijk inerte stoffen met vergelijkbare eigenschappen. Desalniettemin, ze beïnvloeden op verschillende manieren de fysisch-chemische eigenschappen van de gevormde calciumfosfaatcoatings. Op zijn beurt, het veroorzaakt verschillende cellulaire reacties vanaf hun genactivering die uiteindelijk leidt tot de stamcelovergang naar osteoblasten.

Xenon, bekend als een gas voor anesthetische doeleinden in de geneeskunde, toonde de meest gunstige cellulaire respons. Als de resultaten worden bevestigd door dierproeven en klinische proeven, we kunnen praten over de implementatie van de technologie om een ​​uitgebreid implantaatpaneel te produceren dat wordt gebruikt bij bio-engineering van botweefsel, "Igor Chloesov, Professor van de SSMU afdeling Morfologie en Algemene Pathologie, voegt toe.

Tegelijkertijd, de wetenschappers geven toe dat xenon een vrij duur inert gas is om te gebruiken. Echter, de hiermee gevormde coatings kunnen worden gecombineerd met dikkere calciumfosfaatcoatings met een kristallijne structuur. Het zal het mogelijk maken de gaskosten te verlagen en coatings met verbeterde eigenschappen te verkrijgen. Feit is dat de met xenon gevormde coatings een geheel amorfe structuur krijgen. Het helpt de botvorming in de eerste weken na het inbrengen van het implantaat te stimuleren. Calcium en fosfor die verantwoordelijk zijn voor de vorming van botweefsel komen goed vrij uit deze coating. Daarbij, dergelijke dunne coatings ontleden zeer snel het implantaat bloot te leggen.

"We stellen voor om een ​​dergelijke coating aan te brengen boven calciumfosfaatcoatings met een kristallijne structuur. we kunnen nog een ander positief effect bereiken:een amorfe laag zal de eerste twee tot vier weken afbreken en zorgen voor een maximale calcium- en fosfaatafgifte. Vervolgens, de onderste lagen zorgen voor een nog langere afgifte van de elementen, wat zal bijdragen aan een langdurig proces. De combinatie van dergelijke coatings zal de volgende fase van ons onderzoekswerk zijn, " legt Anna Kozelskaja uit.