Титановые сплавы для медицинских имплантатов, модифицированные наночастицами второй фазы

В соответствии со Стратегией научно-технологического развития (от 1 декабря 2016 г.), а именно в связи с переходом к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения, существенно повышаются требования к используемым материалам, а также к новым технологиям их получения. Накопленные к настоящему времени данные показывают, что титан и титановые сплавы являются наилучшими кандидатами для изготовления различного рода имплантатов и иных погружных медицинских изделий, применяемых при ортопедическом протезировании костей и суставов, стентировании в кардиохиругии, травматологии, реконструктивной хирургииортопедии и в онкологии для онкоортопедии. Чрезвычайно важным является дальнейшее расширение области применения титановых сплавов в медицине во взаимосвязи с необходимостью сокращения инвалидизации, риска развития инфекционных осложнений и рецидива опухоли, улучшением качества и увеличением средней продолжительности жизни человека в постоперационном периоде. В соответствии с планом работ был выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, он включает более ста источников и публикаций за 2018-2021 гг. Далее, был проведен синтез титановых сплавов с нанозернами и нано-частицами и получены данные о биосовместимости титановых сплавов.систем Ti-Nb в интервале концентраций от 5 до 30 вес % Nb и Ti-Fe в интервале концентраций от 0.5 до 10 вес % Fe в зависимости от степени легирования. Затем была проведена термическая и механическая обработка синтезированных титановых сплавов (в том числе с помощью КВД) и получены данные о сравнительной биосовместимости крупнозернистых и нанозернистых образцов в сплавах с одинаковым химическим составом. Был также проведены анализ микроструктур полученных титановых сплавов с нанозеренной структурой и нано-частицами второй фазы и получены данные о сравнительной биосовместимости образцов, обладающих поверхностью, модифицированной системой наночастиц золота. Были изучены биосовместимость и биоактивность полученных образцов с улучшенными физико-механическими характеристиками и получены данные о противоопухолевой и антибактериальной активности полученных образцов с улучшенными физико-механическими характеристиками. Полученные результаты позволили отобрать оптимальные для дальнейших исследований образцы, обладающие биосовместимостью с требованием: не индуцирования цитотоксичность, гемолиз не выше 5%. Биосовместимость разработанных образцов была изучена in vitro с определением индуцируемого ими гемолиза и цитотоксичности методом фотометрии с использованием эритроцитов и мононуклеарных лейкоцитов крови здоровых доноров или лабораторных животных. Была исследована специфическая биологическая активности полученных образцов с улучшенными физико-механическими характеристиками относительно опухолевых клеток и/или бактерий. Полученные результаты позволили оценить наличие специфической биологической активности разработанных образцов - in vitro относительно опухолевых клеток линии SKBR3 или in vitro и бактерий E.coli с использованием методов фотометрии и/или флуоресцентной микроскопии. Была изучена клеточная адгезия и колонизация полученных образцов с улучшенными физико-механическими характеристиками нетрасформированными стромальными клетками. Иностранным партнером были отработаны режимы модификации поверхности титановых сплавов. На поверхности титановых сплавов методами магнетронного и электронно-лучевого напыления были осаждены тонкие пленки золота, которые затем методом деветтинга были превращены в систему наночастиц золота в вакуумной печи для программируемого отжига RTA: ULVAC-RIKO MILA-5000-P-N. Была проведена характеризация полученной системы наночастиц с помощью атомно-силовой микроскопии, сканирующей и просвечивающей электронной, а также оптической конфокальной микроскопии. Были измерены структурные параметры полученной системы наночастиц золота. Был проведен критический анализ полученных результатов о биосовместимости и биоактивности образцов с наночастицами на различных биологических моделях.