Новости химической науки > Искусственное колено, которое прослужит долго

Центры по контролю и профилактике заболеваний сообщают, что каждый год в США проводится 700000 операций по протезированию коленного сустава, причем в 12 % случаев в течение 10 лет необходима повторная операция. Аналогичная статистика приводится и для эндопротезирования тазобедренного сустава.

Одной из причин повторных операций является низкое качество клея. Паула Т. Хэммонд (Paula T. Hammond) – инженер-химик из Массачусетского технологического института сообщает, что обычный метод, применяемый в настоящее время медиками для прикрепления титанового или полимерного эндопротеза к кости коленного сустава человека, заключается в использовании полиметилметакрилатного цемента. По словам Хэммонд, этот полимерный клей со временем разрушается, что приводит к расшатыванию эндопротеза и нарушению прочности сцепления фрагментов, что, в свою очередь, может стать причиной артрита.

Многослойное покрытие помогает приклеить искусственный сустав к настоящей кости при помощи медленно высвобождающегося костного морфогенетического белка-2 (BMP-2) (голубые фрагменты) – белка, который запускает механизм роста кости. (Рисунок из Sci. Transl. Med. 2013, DOI: 10.1126/scitranslmed.3005576)

Чтобы создать более прочную и имеющую больший срок службы поверхность соприкосновения между костью и эндопротезом, Хэммонд с коллегами разработала многослойное покрытие эндопротеза, состоящее из двух частей, которое хорошо приклеивается и стимулирует рост кости.

На поверхность эндопротеза ученые наносят чередующиеся слои полиакриловой кислоты и смеси из гидроксиапатита, минерала, входящего в состав нативной костной ткани, и хитозана – полисахарида, выделенного из панциря ракообразных. Затем они добавляют внешние слои высокомолекулярного аминоэфира, разлагающегося под действием воды, и смеси, состоящей из полиакриловой кислоты и костного морфогенетического белка-2 [bone morphogenetic protein-2 (BMP-2)], который инициирует рост кости.

Спустя неделю после внедрения в берцовую кость крысы эндопротез с покрытием вызвал рост новой кости. (Рисунок из Sci. Transl. Med. 2013, DOI: 10.1126/scitranslmed.3005576)

После того как эндопротез с покрытием нового типа был внедрен в берцовую кость крысы хирургическим путем, он контролируемо медленно высвобождал костный морфогенетический белок-2 в течение 30 дней. Этот белок стимулировал стабильный рост ткани между эндопротезом и берцовой костью крысы. В тестах на механическую прочность эндопротезов исследователи обнаружили, что для удаления эндопротезов требуется усилие – новое покрытие в 2-3 раза прочнее по сравнению с традиционным полиметилметакрилатным цементом.

Принимая во внимание тот факт, что существуют люди, нуждающиеся в замене сустава, новое покрытие могло бы сделать операции на суставах гораздо более «дружелюбными», как говорит Николас А. Котов (Nicholas A. Kotov), инженер-химик Университета Мичигана, занимающийся изучением нанокомпозитов и имплантируемых устройств.

Хэммонд и ее группа запатентовала новое многослойное покрытие и ищет финансирование для проведения испытаний на более крупных, чем крысы, животных.

Источник: Sci. Transl. Med. 2013, DOI: 10.1126/scitranslmed.3005576

метки статьи: #биохимия, #медицинская химия, #химия поверхности, #химия полимеров