Красноярские ученые отрабатывают технологию 3D-печати биоразлагаемых имплантатов

Ученые Сибирского федерального университета разрабатывают методику аддитивного производства костных имплантатов из биоразлагаемых полимеров. За основу взяты исследования технологий получения биоразрушаемых полимеров «Биопластотан».Биоразлагаемые полимеры представляют интерес для многих отраслей ввиду, казалось бы, явного недостатка – недолговечности. В определенных случаях этот недостаток превращается в достоинство. Не зря в среде печатников так популярен полилактид – достаточно твердый и совершенно безопасный для окружающей среды материал, хорошо подходящий для изготовления изделий, не несущих высоких механических или температурных нагрузок. Подобные полимеры могли бы решить проблему бытового и промышленного пластикового мусора, начиная с упаковки вроде обычных пакетов. Работы в этом направлении ведутся как минимум с 2007 года, а в качестве наиболее перспективных материалов рассматриваются полигидроксиалканоаты (ПГА) в целом и разновидность под названием полигидроксибутират (ПГБ) в частности.

ПГБ синтезируется многими микроорганизмами, использующими натуральный полимер в качестве внутриклеточного источника энергии. Проведенные учеными Корнельского университета эксперименты показали, что композиты на основе ПГБ и слоистых силикатов при комнатной температуре и влажности порядка 85% практически полностью деградируют в течение семи дней. Самое же интересное в ПГБ то, что этот материал полностью биосовместим, а потому открывается возможность его использования для производства рассасывающихся шовных материалов и имплантатов.В Сибирском федеральном университете исследованием свойств и возможных методов применения ПГБ занимаются уже несколько лет. Руководит проектом Екатерина Шишацкая, защитившая докторскую диссертацию в 2009 году, а годом позже удостоившаяся за разработку метода получения ПГБ президентской премии в области науки и инноваций для молодых ученых. Технология и материал получили название «Биопластотан». Согласно пресс-релизу университета, команда Шишацкой рассматривает возможность использования «Биопластотана» в качестве расходного материала для 3D-печати и создания костных имплантатов на основе томографических снимков.

«Прототипирование позволяет получать изделия практически любой формы и размера. Учитывая, что современная аппаратура позволяет делать снимки с точностью до 0,625 мм, а программные комплексы – вычленять виды тканей, отдельные объекты и сохранять полученные данные в виде моделей, то метод идеально подходит для изготовления штучных, индивидуальных конструкций. Необходима лишь технология переработки биополимерного материала для печати», – рассказывает Шишацкая. Возможность применения ПГА и ПГБ в хирургии брюшной полости рассматривалась сотрудниками СФУ еще в 2008 году. В 2013 году вуз получил государственное финансирование в объеме 96 млн рублей для реализации проекта «Организация исследований, разработок и опытно-промышленного производства материала на основе полимеров микробного происхождения, способных к деструкции» в рамках федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности РФ на период до 2020 года и дальнейшую перспективу». Как считает Шишацкая, изготовление костных имплантатов из биосовместимых материалов с учетом индивидуальных анатомических особенностей пациентов станет новым стандартом ортопедии.

«При печати используется послойное наплавление материала. Это позволяет наносить полимер без изменения химической структуры и использования клеящего состава. Пруток с бобины по тефлоновой трубке проходит в сопло мини-экструдера и печатает слой заданной толщины, двигаясь по оси Х и оси Y. При этом платформа, давая новый слой для печати, сдвигается по оси Z. Для печати необходим пруток диаметром 1,75 мм, получаемый разными технологиями. В настоящее время мы пробуем разные подходы, основываясь на физико-механических свойствах полимерного материала «Биопластотан»», – поясняет научный сотрудник Константин Кистерский. Ученые отмечают, что необходимые для печати трехмерные модели можно получать как с помощью компьютерной томографии, так и ориентируясь на анатомические знания в отношении размеров и пропорций тех или иных костей у пациентов определенного возраста. Следующим этапом работы станет исследование соответствия экспериментальных имплантатов российским и международным стандартам для имплантируемых изделий медицинского назначения.