Биосовместимый материал

Биосовместимый материал

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике.

Биосовместимость - характеристика медицинских материалов инвазивного применения, определяемая степенью реактивного взаимодействия с тканями организма при их интимности и долговременном контакте. Она зависит от физико-химических свойств материала, что при разработке новых, более совершенных, видов составляет предмет солидного теоретического поиска.

К указанному классу материалов относятся керамика, полимеры, металлы и их сплавы, химически стойкие в агрессивных средах организма. Выбор подходящего материала при разработке новых технических средств, кроме биосовместимости, предписан другими требованиями, определяемыми функцией последнего.

Комплексу требований, среди известных современных материалов, наиболее полно отвечает сплав никелида титана в различных вариациях легирующих примесей к его основным компонентам - никелю и титану.

Прецизионным подбором состава и содержания легирующих примесей широко варьируются паранормальные (с обыденной точки зрения) свойства - сверхэластичность, память формы, циклостойкость и прочие. Известны многочисленные аналоги медицинской техники из указанного сплава, широко применяемые в современной медицине и не исчерпавшие потенциальных возможностей дальнейшего развития [Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы: В 14 томах / Под ред. В.Э. Гюнтера. Медицинские материалы с памятью формы. Т. 1 // В.Э. Гюнтер, В.Н. Ходоренко, Т.Л. Чекалкин, и др. - Томск: Изд-во МИЦ, 2011. 534 с.].

Известен, в том числе, биосовместимый сплав никелида титана, применяемый в качестве материала депо содержания клеточных культур [Тканевая инженерия и клеточные технологии с использованием пористо-проницаемых инкубаторов из никелида титана. / О.В. Кокорев, В.Э. Гюнтер, Г.Ц. Дамбаев, В.Н. Ходоренко. - Томск: Изд-во МИЦ, 2016. С. 54-67]. В этой функции характеристика биосовместимости является доминантой. Экспериментальное сопоставление не легированного никелида титана с материалами иной природы демонстрируют его достоинства. По наибольшему сходству с предлагаемым решением данный аналог выбран в качестве прототипа. Желание улучшить характеристику биосовместимости явилось стимулом научного поиска, завершенного настоящим решением.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение биосовместимости материала. Указанный технический результат достигается тем, что в состав биосовместимого материала на основе сплава никелида титана добавлено в качестве легирующей присадки серебро, при полном ингредиентном содержании в весовых процентах: никель - 49,3-49.4 ат. %; серебро - 0.1-1.2 ат. %; титан - остальное.

Обоснование отличительных признаков и доказательство достижимости технического результата приводятся по экспериментальным результатам исследования биологических клеток в суспензиях, контактирующих с никелид-титановыми образцами. При этом частным критерием биосовместимости материала использована характеристика жизнеспособности клеток. Количественным показателем жизнеспособности выбран коэффициент убывания жизнеспособных клеток в течение 24 часов в единице объема суспензии с клеточной культурой под цитотоксическим воздействием.

Опорным показателем, демонстрирующим технический результат, является упомянутый коэффициент для клеток идентичности культуры в одинаковых условиях эксперимента, но в отсутствии серебра в никелид-титановом образце. Результаты представлены графически на фиг. 1 в виде зависимости коэффициента жизнеспособности клеток от содержания серебра в составе шихты сплава. Опорное значение изображено отдельной диаграммой. Результаты эксперимента свидетельствуют о повышении жизнеспособности клеток в присутствии серебра более чем на 30%.

Из результатов эксперимента в качестве отличительного признака выбран интервал содержания серебра 0.1-0.2 ат. %. Ниже нижней границы практически невозможно корректное дозирование содержания легирующих ингредиентов (в данном случае - серебра). Содержание более 0.2 ат. % резко меняет механические свойства сплава в сторону их ухудшения.

Таким образом, в основе предлагаемого технического решения лежит обнаруженный авторами эффект повышения жизнеспособности клеток. Предположительным механизмом эффекта является проникновение ионов серебра через ионные каналы мембраны клетки, не разрушая их, и их стимулирующее действие на скорость деления клеток, интенсивность внутриклеточного метаболизма посредством повышения активности водных растворов.

Заявляемое решение не является известным и очевидным для специалистов-биологов. Более того известен противознаковый эффект ингибиции ионами серебра бактериальных культур [Zheng Y.F., Zhang В.В., Wang B.L., Wang Y.B., Li L., Yang Q.B., Cui L.S. // Introduction of antibacterial function into biomedical TiNi shape memory alloy by the addition of element Ag / Acta Biomater. 2011, 7, 2758 http://dx.doi.org/10.1016/j.actbio.2011.02.010]. Это обстоятельство должно свидетельствовать о соответствии предлагаемого решения критерию «изобретательский уровень».

На иллюстрации представлено:

Фиг. 1. Графические зависимости жизнеспособности клеток от содержания легирующего серебра в составе никелид-титанового сплава.

В качестве конкретного примера доказательства достижимости технического результата приводится методика экспериментального исследования поведения клеточной культуры, находящейся в интимном контакте с предлагаемым веществом.

Пример

Использован сплав никелида титана в ингредиентном составе: никель - 49.55 ат. %, серебро - 0.15 ат. %, титан, полученный методом индукционной плавки. Для эксперимента из сплава изготовлены дискообразные образцы. При подготовке к эксперименту поверхность образцов протравлена в кислотном растворе для удаления оксидного слоя, могущего препятствовать свободному выходу ионов серебра в раствор с клетками.

Для цитотоксического теста свежевыделенные клетки-мишени костного мозга мышей СВА в количестве 2×105 клеток на луночную плейту инкубированы совместно с образцами никелида титана. Для панорамного исследования обсуждаемой зависимости выбраны образцы с дискретами содержания серебра 0, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5 ат. %. Культурная среда каждого дискрета для снижения погрешности эксперимента размещалась в двух луночных плейтах. Начальная жизнеспособность клеток составляла не менее 90%.

Экспозиция инкубирования выбрана в 24 часа, после чего индивидуально для каждого плейта методом окрашивания трипановым синим и микроскопным наблюдением в камере Горяева производился подсчет жизнеспособных клеток и расчет их жизнеспособности относительно исходного количества клеток.

Представленные на фиг. 1 результаты показывают повышение жизнеспособности клеток по сравнению с таковой для прототипа на более чем 30%. Таким образом, заявленный технический результат повышения биосовместимости материала на конкретном примере повышения жизнеспособности контактирующих с ним живых клеток, подтвержден.

Полученные данные в научном плане свидетельствуют и объясняют высокую биосовместимость никелид-титановых сплавов в их медицинском применении, а предлагаемое техническое решение имеет прямой положительный потребительский результат при использовании проницаемо-пористых образцов никелида титана в качестве долго действующего депо лечебных клеточных культур [Патент №2191607, RU].

Техническая и технологическая доступность материала подтверждает соответствие предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Биосовместимый материал, предназначенный для повышения жизнеспособности клеток костного мозга, на основе сплава никелида титана, отличающийся тем, что в состав сплава введено серебро при полном ингредиентном содержании, в ат.%: серебро - 0.1-0.2; никель - 49.3-49.4; титан - остальное.