Независимо от того, заменяет ли имплантат сустав в бедре или колене, существует четкая граница, где титановое устройство соприкасается с естественной костной тканью пациента. Если бактерии заселят поверхность имплантата на этом стыке, может возникнуть инфекция, которая в конечном итоге приведет к нарушению соединения кости с имплантатом. Как только это произойдет, потребуется повторная операция.
Еще одна потенциальная проблема связана с тем фактом, что титан (Ti), наиболее часто используемый для изготовления имплантатов, более жесткий, чем кость. Это означает, что имплантат имеет большую жесткость, чем кость, к которой он прикреплен, концентрируя напряжение на границе раздела между ними. Это может не только привести к со временем нарушению соединения, но и стать источником боли для пациента.
В попытке решить обе эти проблемы ученые из Австралии недавно добавили галлий (Ga) к титану. Галлий относится к группе легких металлов, более пластичен, чем титан и обладает антибактериальными свойствами. Галлий в чистом виде не встречается в природе, однако его соединения в ничтожно малых количествах содержатся в бокситах и цинковых рудах.
В качестве эксперимента ученые добавили совсем немного галлия. В одном из созданных ими сплавов Ti / Ga всего 3% галлия, в то время как в другом — всего 5%. Для целей исследования образцы имели форму стержней, а не имплантатов.
Было обнаружено, что при воздействии синегнойной палочки — бактерий, которые часто поражают имплантаты, два новых сплава уничтожают 90% (+ /- 5%) и 95% (+/-3%) микробов соответственно в течение шести часов. В отличие от этого, контрольный образец титана Ti-6Al-4V уничтожил только 3% (+ /-2%).
Антибактериальный эффект двух сплавов Ti / Ga продолжался и после первоначального шестичасового уничтожения бактерий, и в течение 24 часов не наблюдалось никакого вредного воздействия на клетки человека.
Более того, при испытании сплавов на упругую деформацию модуль Юнга у версии с 3% Ga был на 37% меньше, чем у Ti-6Al-4V, в то время как у версии с 5% Ga — на 44% меньше.
Модуль Юнга — физическая величина, характеризующая способность материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации.
Тем не менее, два новых сплава обладают необходимой прочностью. Их твердость, которая заключается в их способности выдерживать поверхностную деформацию, чуть ниже, чем у Ti-6Al-4V. Дополнительные исследования могут еще больше повысить их твердость.
По сравнению с существующими протезами, добавление галлия позволяет получить превосходный материал с антибактериальными свойствами для улучшения результатов лечения пациентов при одновременном снижении боли, медицинских осложнений при исключении случаев отказа работы имплантата.
Источник: Journal of Functional Biomaterials
