Цель - разработка стратегии локального антими­кробного воздействия с длительным поддержанием бактерицидных концентраций антимикробных факто­ров, основанной на сочетанном применении наноча­стиц металлов и антибактериальных химиопрепаратов.

Методом электронно-лучевого осаждения из актив­ной газовой фазы сформированы одно-, двух- и мно­гокомпонентные композиционные покрытия, содержа­щие в качестве антибактериальных компонентов нано­частицы серебра и ципрофлоксацин.

Показано, что синтезированные металлполимерные композиционные слои представляют собой полимер­ную матрицу с распределенными внутри нее наноча­стицами серебра со средним размером около 20 нм, ко­торые в толстых слоях могут формировать конгломе­раты размером до 100 нм.

Предложенный метод нанесения покрытий характе­ризуется высокой производительностью, простотой осу­ществления и является перспективным для изготовления биосовместимых антибактериальных материалов ме­дицинского назначения, обладающих пролонгирован­ным антибактериальным эффектом. Применение до­полнительных разработанных технологических при­способлений позволило добиться высокой однородно­сти и равнотолщинности наносимого слоя и провести модифицирование опытных образцов титановых им­плантатов.

На основании результатов комплекса физико-химических и медико-биологических исследований разработаны и оптимизированы составы многоком­понентных покрытий, в которых в качестве полимер­ной матрицы выступает полиуретан, биосовместимый и биодеградируемый полилактид, а в качестве биоцид­ных компонентов - ципрофлоксацин и наночастицы серебра.

Поверхностная бактерицидная активность покры­тий изучена в соответствии с Японским промышлен­ным стандартом JIS Z 2801:2000. Выявлен выражен­ный бактерицидный эффект формируемых покрытий и показана его универсальность в отношении микроор­ганизмов различных таксономических групп, не зави­сящая от сопутствующей устойчивости к антибактери­альным препаратам.

Определены минимальные ингибирующие концен­трации наночастиц серебра для референсных культур микроорганизмов. Показано, что процесс диффузии наночастиц из тонкого слоя на поверхность и в раствор является протяженным во времени, что служит пред­посылкой для длительного поддержания бактерицид­ных концентраций, необходимых для подавления ро­ста и размножения микроорганизмов.

Выявлен пролонгированный антибактериальный эффект для большинства антибактериальных покры­тий, наиболее длительный и выраженный для ком­плексных покрытий, содержащих ципрофлоксацин. С помощью масс-спектрометрического определения кон­центраций серебра в модельной среде показано, что скорость высвобождения наночастиц металла из по­лимерной матрицы увеличивается при использовании биодеструктируемых полимерных материалов.

Выявлена способность полного предотвращения формирования микробных биопленок двухкомпонент­ными композиционными покрытиями полиуретан - ципрофлоксацин, полилактид - ципрофлоксацин и на­нокомпозиционным покрытием полиуретан - полилак­тид - серебро - ципрофлоксацин.

Изучена эффективность физических методов сте­рилизации имплантатов с антибактериальными покры­тиями, выбран оптимальный режим паровой стерили­зации (127°С - 30 мин), который не оказывает суще­ственного влияния на молекулярную структуру поли­меров; после его проведения полностью сохраняется бактерицидная активность образцов.

Исследование, выполненное на культурах клеток, позволило сделать заключение о биосовместимости четырехкомпонентного бактерицидного нанокомпо­зиционного покрытия. При анализе цитотоксических свойств покрытия получены сходные результаты на эпителиоидной опухолевой (HEp2c), спонтанно транс­формированной (HaCaT) клеточных линиях (H. sapi­ens) и первичных фибробластах кожи (R. norvegicus). Цитотоксического действия покрытия не обнаружено. Незначительное снижение метаболической активно­сти клеток может быть связано с редукцией адгезион­ных свойств поверхности и/или слабым цитостатиче­ским эффектом компонентов покрытия в эксперимен­тальной системе in vitro.

При имплантации нелинейным крысам титановые имплантаты с композиционным антибактериальным покрытием обладали большей биосовместимостью и лучшей биоинтеграцией в окружающую соединитель­ную ткань по сравнению с контрольными импланта­тами без покрытия. Патоморфологические изменения при имплантации экспериментальных образцов с анти­бактериальным покрытием проявлялись минимальны­ми фиброзными изменениями в сформированной во­круг имплантата соединительно-тканной капсуле с на­личием единичных капилляров. По результатам данно­го эксперимента исследуемые образцы с антибактери­альным покрытием были отнесены к группе нераздра­жающих материалов.

На основании экспериментов (определение по­верхностной бактерицидной активности нанокомпо­зиционных покрытий и ее устойчивости к механиче­ским воздействиям, оптимизация состава покрытий, расчет кинетических характеристик высвобождения антибактериальных факторов, выбор оптимальных ре­жимов стерилизации, выявление биологической со­вместимости в отношении клеточных культур) разра­ботан проект ТУ BY 100070211.044-2013 «Винты, пла­стина и фиксатор интрамедуллярный с антибактери­альным покрытием».

Изготовлена экспериментальная партия импланта­тов с четырехкомпонентным композиционным анти­бактериальным покрытием для проведения техниче­ских, санитарно-гигиенических и медицинских испы­таний.

Выполнена гигиеническая экспертиза типовых об­разцов винтов, пластин и фиксатора интрамедулляр­ного с антибактериальным покрытием, по результа­там которой сделано заключение о том, что все типо­вые образцы по санитарно-химическим, органолепти­ческим и токсикологическим показателям соответству­ют требованиям действующих технических норматив­ных правовых актов. Они могут использоваться по на­значению в соответствии с технической документаци­ей и рекомендуются к государственной регистрации в Республике Беларусь.

Выполнены приемочные технические испытания винтов, пластин и фиксатора интрамедуллярного с антибактериальным покрытием. В результате прове­денных испытаний установлено, что винты, пласти­ны и фиксатор интрамедуллярный с антибактериаль­ным покрытием соответствуют требованиям ТУ BY 100070211.044-проект в объеме программы, ГОСТ 20790-93, СТБ ЕН 980-2006; возможны их медицин­ские испытания.

Разработана и утверждена программа клинического испытания винтов, пластины и фиксатора интрамедул­лярного с антибактериальным покрытием.

Получены патенты на изобретение BY 13256 C1 «Способ нанесения покрытия с антибактериальным действием на медицинское изделие на основе высоко­молекулярного соединения» и BY 17017 C1 «Способ придания антибактериальных свойств изделию меди­цинского назначения».