Biodegradovateľné materiály pre ortopedické aplikácie

Authors: Lucia Markušová-Bučková 1    Renáta Oriňaková 1    Andrej Oriňak 1    Mária Giretová 2    Ľubomír Medvecký 2    Miriam Kupková 2    Monika Hrubovčáková 2    Karol Kovaľ 2   
1 Katedra fyzikálnej chémie, Univerzita Pavla Jozefa Šafárika, Košice, Slovenská republika    2 Ústav materiálového výskumu, Slovenská akadémia vied, Košice   
Year: 2016
Section: Open section
Abstract No.: 1388
ISBN: 978-80-972360-0-7

Degradovateľné biomateriály predstavujú novú kategóriu materiálov, ktoré majú pomôcť pri liečbe poškodeného tkaniva mechanickou oporou a podporou bunkovej proliferácie, súčasne majú so zvyšujúcou sa obnovou tkaniva postupne degradovať [1]. V súčasnosti intenzívne študované biodegradovateľné systémy ponúkajú veľké výhody v špecifických aplikáciách oproti implantátom používaným v dnešnej dobe [2]. Tieto nové druhy implantátov sa môžu prispôsobiť ľudskému telu, v ktorom sú implantované a keď už nie sú potrebné, rozpustia sa. To by mohlo uľahčiť a skvalitniť liečbu pacientov tiež by to šetrilo náklady na procedúry spojené s vložením implantátu a jeho nasledovným odstránením, ktoré poskytujú súčasné zariadenia [3]. Táto práca sa venuje príprave a testovaniu biodegradovateľných materiálov, ktoré by mohli slúžiť ako kostné implantáty. Na prípravu vzoriek bol ako základný materiál použitý karbonylový železný prášok. Z neho boli vyrobené celulárne štruktúry Fe, Fe-CNT a Fe-Mg. Korózna odolnosť týchto materiálov bola hodnotená metódou anodickej polarizácie v roztoku NaCl a v Hankovom roztoku. Prídavok CNT a Mg spôsobil zvýšenie korózneho potenciálu vzoriek v Hankovom roztoku. Fe-Mg štruktúry mali vyššiu degradačnú rýchlosť v porovnaní s ostatnými vzorkami v tomto roztoku. V roztoku NaCl prídavok CNT ku karbonylovému železnému prášku spôsobil posun potenciálu k menej negatívnym hodnotám, opačný posun nastal u vzoriek Fe-Mg. U experimentálnych materiálov s horčíkom bola opäť pozorovaná najvyššia rýchlosť korózie. Statická korózia bola testovaná v Hankovom roztoku, pričom po 7 týždňoch boli všetky vzorky kompletne pokryté hrdzou. Korózne produkty boli tvorené najmä Fe(OH)3, FeCl3, FePO4, Mg(OH)2 a FeCl2. Na skúmanie cytotoxicity boli kovové prášky zlisované do tvaru tabliet a sledovala sa životaschopnosť buniek v ich prítomnosti. Hustota osteoblastov na povrchu tabliet klesla po troch dňoch v porovnaní s kontrolou. Množstvo fibroblastov najviac kleslo na povrchu vzoriek z čistého železa. Testy hemokompatibility pripravených vzoriek mali za úlohu stanoviť ich hemolytický účinok, tvorbu krvných zrazenín a adhéziu krvných doštičiek. Hemolýza testovaných materiálov bola menej ako 5 %. Aditívne látky spôsobili pokles tvorby krvnej zrazeniny a najviac naadherovaných trombocytov bolo na Fe-Mg štruktúre. Pripravené materiály z karbonylového železného prášku vykazujú vhodné degradačné vlastnosti. Výsledky testov ukazujú, že experimentálne vzorky majú tiež dobrú hemokompatibilitu. Avšak, vo všetkých skúmaných materiáloch bola pozorovaná relatívne vysoká cytotoxicita.

Táto práca vznikla za podpory grantov APVV-0677-11 Agentúry na podporu výskumu a vývoja a VEGA 1/0211/12 Vedeckej grantovej agentúry MŠVVaŠ SR a SAV.
[1] Qizhi C., Thouas G. A.: Mat Sci Eng R 87, 2, (2015).
[2] Zheng Y. F., Gu X. N., Witte F.: Mat Sci Eng R 77, 3, (2014).
[3] Tan L., Yu X., Wan P.,  Yang K.: (2013). J Mater Process Tech, 29, 504, (2013).