Исследование ПНИПУ повысит эффективность проектирования биоразлагаемых костных имплантатов

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета исследовали поведение 3D-печатных биоразлагаемых имплантатов в физиологических средах. Исследование позволит проектировать более надежные и безопасные конструкции для восстанавливления костных тканей без повторных хирургических вмешательств, сообщает пресс-служба вуза.

Трансплантация костной ткани занимает второе место в мире среди операций по протезированию. Один из наиболее перспективных подходов — регенеративная медицина, которая включает в себя восстановление костных тканей с использованием биоразлагаемых полимерных каркасов (скаффолдов). Такой подход особенно востребован в ортопедии, травматологии, хирургии, стоматологии и нейроонкологии. После имплантации каркасы напрямую взаимодействуют с окружающими тканями и находятся в физиологической среде, что приводит к их постепенному разложению. От особенностей структуры таких биомедицинских конструкций зависит скорость разрушения, что необходимо учитывать для корректной эксплуатации.

Аддитивные технологии открывают новые возможности для создания биосовместимых имплантатов, которые требуются для восстановления целостности и первоначальных свойств поврежденной костной ткани пациента. Полимерные материалы считаются наиболее перспективными для их изготовления, потому что имеют необходимые характеристики биосовместимости и способности к постепенному растворению.

Пористые структуры — скаффолды — за счет поддержки окружающих тканей позволяют ускорять регенерацию, при этом имплантаты должны обладать достаточной механической прочностью. После вживления на внутренней поверхности полимерного имплантата начинает формироваться костная ткань, а сам он постепенно деградирует. Для успешной реабилитации важно, чтобы скорость этих процессов была сопоставима друг с другом.

Процесс деградации зависит от биохимических свойств материала, внутренней структуры каркаса и условий нагрузки. Архитектура имплантатов разрабатывается под индивидуальные особенности конкретных пациентов, поэтому скорость разложения разных имплантатов будет отличаться. Для изготовления качественных имплантатов необходимо прогнозировать процесс еще на этапе проектирования.

Ученые Пермского политеха совместно с коллегами из Донского государственного технического университета исследовали цельные образцы из полимерных материалов и прототипы скаффолдов, изготовленные с помощью аддитивных технологий. Все образцы в течение разных периодов времени — от трех дней до двух недель — выдерживали в жидкой среде при различных температурах для имитации нахождения в теле человека. Микрокомпьютерная томография прототипов показала, что даже на ранних стадиях взаимодействия начинается эрозия поверхностей. При эксплуатации в реальных условиях структура будет деградировать быстрее за счет циркуляции жидкости в организме. Это необходимо учитывать на этапе проектирования, чтобы имплантат не деградировал слишком быстро.

«При 37°C снижение свойств цельных образцов составило не более шестнадцати процентов, а для скаффолдов — всего четыре. При повышенной температуре 45°C эти показатели составили сорок семь процентов и шестнадцать соответственно. Это означает, что механические свойства полимерных каркасов снижаются медленнее, поскольку характеристики таких структур определяются не только свойствами материала, но и особенностями внутренней архитектуры», — пояснила младшая научная сотрудница научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ Наталия Еленская.

«Полученные данные расширяют наше представление о механизмах резорбции, протекающих в таких конструкциях, а значит и наши возможности по контролю этого процесса. Результаты исследования полезны для разработки полимерных костных имплантатов с учетом влияния процесса деградации на их структурную целостность», — прокомментировал заведующий научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ Михаил Ташкинов.

Исследование выполнено по заданию Министерства науки и высшего образования РФ, результаты опубликованы в журнале Polymers. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru