Gli scienziati della Tomsk Polytechnic University (TPU) insieme ai colleghi della Siberian State Medical University (SSMU) e della Immanuel Kant Baltic Federal University (IKBFU) hanno studiato le proprietà dei rivestimenti di fosfato di calcio depositati su impianti in titanio in vari ambienti di gas inerti. I ricercatori sono riusciti a scoprire che l'uso dello xeno influisce positivamente sull'attività fisico-chimica, proprietà meccaniche e biologiche dei rivestimenti utilizzati in chirurgia orale e maxillo-facciale, ortopedia e traumatologia. Inoltre, nessuna ricerca completa relativa all'impatto dei gas di lavoro sulle superfici è stata condotta prima. I risultati della ricerca sono pubblicati in Materiali biomedici .

"Il nostro team di ricerca è impegnato in materiali biomedici. Tuttavia, il contesto universitario di ingegneria non implica la presenza di ricercatori medici interni. Ecco perché collaboriamo con i ricercatori di SSMU e IKBFU ottenendo tutte le competenze richieste. Questa collaborazione permette non solo di ottenere i risultati sotto forma di articoli accademici, ma anche per risolvere i problemi reali della medicina. Dopotutto, l'applicazione pratica delle nostre soluzioni tecnologiche senza esperti medici è semplicemente impossibile.

A lungo termine, la nostra cooperazione ha un obiettivo impegnativo:rendere Tomsk un centro di sviluppo e applicazione di nuovi materiali e tecnologie mediche. Come ingegneri, possiamo proporre nuove idee tecniche e materiali e loro, come ricercatori medici, può mettere queste idee nella pratica medica.

Questa combinazione di università tecniche e mediche ci aiuterà a elevare la qualità del trattamento del paziente e a ridurre i tempi di trattamento, "Sergei Tverdokhlebov, Responsabile del Laboratorio TPU per i Sistemi Ibridi al Plasma, dice.

I rivestimenti di fosfato di calcio fino a 1 μm di spessore sono stati depositati sul substrato di titanio mediante deposizione per polverizzazione di bersagli di idrossiapatite nel gas di lavoro. Generalmente, per questi scopi viene utilizzato un gas inerte argon. Però, gli scienziati del TPU hanno studiato non solo l'effetto dell'argon ma anche sperimentato con il neon, krypton e xeno sui rivestimenti. Quindi, gli scienziati hanno studiato fisico-chimico, proprietà meccaniche e biologiche dei materiali biomedici ottenuti. I ricercatori del TPU hanno lavorato alla formulazione del rivestimento, morfologia, proprietà meccaniche, compresa l'adesione e la composizione chimica, mentre il personale SSMU e IKBFU ha condotto la ricerca cellulare.

"I rivestimenti di fosfato di calcio sono studiati non solo nella nostra università. Le loro proprietà sono studiate a fondo e gli scienziati lavorano al loro miglioramento. Il nostro lavoro di ricerca congiunto mirava a ottenere nuovi risultati in questa direzione e a ricercare l'impatto di diversi gas inerti sui rivestimenti. In la nostra parte del lavoro di ricerca, abbiamo scoperto che a seconda di un gas specifico, la morfologia del rivestimento, il rapporto calcio/fosforo differisce e le proprietà meccaniche variano. Ad esempio, i rivestimenti formati con xeno mostrano una migliore adesione, quale una proprietà che impedisce al rivestimento di staccarsi troppo rapidamente dalla superficie. I risultati ottenuti con l'utilizzo delle tecnologie cellulari ci hanno sorpreso perché anche in questo caso lo xeno si è dimostrato il migliore, "Anna Kozelskaja, Assegnista di ricerca del TPU Weinberg Research Center, uno degli autori dell'articolo, dice.

Le cellule staminali mesenchimali isolate dal tessuto adiposo del donatore sono state utilizzate per la ricerca cellulare. Queste cellule possono trasformarsi in vari tipi di cellule, compreso adiposo, osso, cartilagine, probabilmente, cellule muscolari e nervose. La ricerca sulle cellule ha incluso test sulla vitalità cellulare, coltura cellulare in vitro ed espressione genica. In questo lavoro di ricerca, è stato necessario accertare che i rivestimenti stimolassero la transizione delle cellule staminali mesenchimali nelle cellule del tessuto osseo.

"I risultati si sono rivelati piuttosto interessanti. I gas inerti sono considerati sostanze piuttosto inerti con proprietà simili. Tuttavia, influenzano in modo diverso le proprietà fisico-chimiche dei rivestimenti di fosfato di calcio formati. Nel suo turno, provoca una diversa risposta cellulare a partire dalla loro attivazione genica che alla fine porta alla transizione delle cellule staminali in osteoblasti.

Xeno, noto come gas per scopi anestetici in medicina, ha mostrato la risposta cellulare più favorevole. Se i risultati sono confermati da test sugli animali e studi clinici, possiamo parlare di implementazione della tecnologia per produrre un pannello implantare esteso utilizzato nella bioingegneria del tessuto osseo, "Igor Khlusov, Professore del Dipartimento di Morfologia e Patologia Generale SSMU, aggiunge.

Allo stesso tempo, gli scienziati ammettono che lo xeno è un gas inerte piuttosto costoso da usare. Però, i rivestimenti formati con esso possono essere combinati con rivestimenti di fosfato di calcio più spessi con una struttura cristallina. Permetterà di ridurre le spese di gas e ottenere rivestimenti con proprietà migliorate. Il fatto è che i rivestimenti formati con xeno ottengono una struttura interamente amorfa. Aiuta a stimolare la formazione ossea nelle prime settimane dopo l'inserimento dell'impianto. Calcio e fosforo responsabili della formazione del tessuto osseo si liberano bene da questo rivestimento. In tal modo, tali rivestimenti sottili si decompongono molto velocemente scoprendo l'impianto.

"Proponiamo di applicare un tale rivestimento sopra i rivestimenti di fosfato di calcio con una struttura cristallina. Pertanto, possiamo ottenere un altro effetto positivo:uno strato amorfo si decomporrà durante le prime due-quattro settimane provvedendo al massimo rilascio di calcio e fosfato. Quindi, gli strati inferiori provvederanno ad un ulteriore rilascio più lungo degli elementi, che contribuirà a un processo prolungato. La combinazione di tali rivestimenti sarà la fase successiva del nostro lavoro di ricerca, " spiega Anna Kozelskaya.