Несмотря на то, что искусственный протез бедра или колена разработан, чтобы продлиться несколько лет, приблизительно 17% пациентов, получающих общую объединенную замену, нуждаются в ранней операции замены – процедура, которая может вызвать серьезные осложнения для пожилых пациентов.Чтобы помочь минимизировать потребность в этих операциях, команда инженеров-химиков в MIT развили новое покрытие для имплантатов, которые могли помочь им лучше придерживаться кости пациента, предотвратив преждевременную неудачу.Исследование издается в журнале Advanced Materials.
Паула Хэммонд, профессор Дэвида Х. Коха в Разработке в MIT и ведущем авторе исследования, объяснила:«Это позволило бы имплантату длиться намного дольше, к его естественному времени жизни, с более низким риском неудачи или инфекции».По словам Хаммондского и ведущего автора Нисарга Шаха, аспиранта в лаборатории Хаммонда, покрытие могло также использоваться, чтобы улучшить зубные имплантаты, и помощь излечивают переломы.В настоящее время искусственные бедра и колени обеспечены с помощью костного цемента, полимера, напоминающего стекло, когда укреплено. Однако в некоторых пациентах, этот цемент трещины, заставляющие имплантат отделить от кости.
В результате пациент испытывает потерю мобильности и хронической боли.Шах сказал:«Как правило, в таком случае, имплантат удален и заменен, который вызывает огромную вторичную потерю ткани в пациенте, который не произошел бы, если бы имплантат не потерпел неудачу.Наша идея состоит в том, чтобы предотвратить неудачу путем покрытия этих имплантатов материалами, которые могут вызвать врожденную кость, сгенерированную в пределах тела.
Та кость превращается в имплантат и помогает фиксировать его на месте."Новое покрытие состоит из очень тонкой пленки, которая является между 100 миллимикронами к один микрон толщиной одному микрону толщиной.
Это составлено от слоев материалов, помогающих поощрить быстрый рост кости, такой как гидроксиапатит, естественный компонент кости, сделанной из кальция и фосфата. Этот материал привлекает мезенхимальные стволовые клетки от костного мозга и обеспечивает внутреннюю поверхность для формирования новой кости, пока другой слой выпускает фактор роста, поощряющий мезенхимальные стволовые клетки преобразовывать в производящие кость клетки, названные остеобластами.После формирования остеобласты генерируют новую кость, чтобы заполнить места, окружающие имплантат, обеспечивая его к существующей кости.
По словам исследователей, имея здоровую ткань в этом космосе устанавливает более сильную связь и значительно понижает риск бактериальной инфекции вокруг имплантата.Шах объяснил:«Когда костный цемент используется, мертвое пространство создается между существующей костью и стеблем имплантата, где нет никаких кровеносных сосудов. Если бы бактерии колонизируют это пространство, они продолжали бы распространяться, поскольку иммунная система неспособна достигнуть и разрушить их.
Такое покрытие было бы полезно в препятствовании тому, чтобы это произошло».Основные моменты команды, что несмотря на то, что это берет минимум двух – трех недель для кости, чтобы заполнить и обеспечить имплантат, пациенты были бы в состоянии идти и сделать физиотерапию во время этого периода.Несмотря на то, что предшествующие усилия покрыть ортопедические имплантаты гидроксиапатитом были приложены, пленки имеют тенденцию отделять от имплантата, поскольку они являются довольно толстыми и нестабильными. Кроме того, другие исследования попытались ввести фактор роста, или внести его непосредственно на имплантате, однако, там обычно недостаточно, чтобы иметь эффект, поскольку большинство его кончается с места имплантата.
При помощи названного послойного блока метода исследователи в состоянии управлять, насколько толстый пленка, а также выпущенный фактор прироста. Метод включает установление каждого желаемого компонента, по одному, пока желаемый состав лекарственного средства и толщина не достигаются.
Шах сказал:«Это – значительное преимущество, потому что другие системы до сих пор действительно не были в состоянии управлять фактором прироста, в котором Вы нуждаетесь. Много устройств, как правило, должно использовать количества, которые могут быть порядками величины больше, чем Вам нужно, который может привести к нежелательным побочным эффектам».
В настоящее время команда проверяет это покрытие в исследованиях на животных и нашла, что покрытия приводят к быстрому остеогенезу, обеспечивая имплантаты на месте.По словам Шаха, это покрытие могло также использоваться для пластин фиксации, и винты раньше устанавливали переломы кости. «Это очень универсально. Вы можете применить его к любой геометрии и иметь униформу, покрывающую все вокруг».
Кроме того, покрытие могло использоваться в зубных имплантатах. Обычно, внедрение искусственного зуба вовлекает вложение нитевидного винта в к челюсти, однако, прежде чем новая коронка сможет быть присоединена к винту, пациент должен ждать несколько месяцев для винта, чтобы стабилизироваться путем интеграции с окружающей костной тканью.
По словам исследователей, это могло быть уменьшено до процесса с одним шагом, в который пациент получает весь имплантат с помощью версии этих покрытий.Исследование получило финансирование от Национального Института Национальных Институтов Здоровья Старения и провело в Институте Дэвида Х. Коха Интегральных Исследований рака с поддержкой со стороны Института Нанотехнологий Солдата в MIT.