Ученые Сколтеха и Сеченовского университета исследовали 3D-печать имплантатов сплавом железа и кремния

news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
15.06.2022
838
0
Новости

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

6

Научная группа из Сколтеха и Сеченовского университета напечатала на 3D-принтере образцы из пористого сплава железа и кремния. Создатели считают этот материал перспективным костных имплантатов, сращивающих переломы. Результаты исследования свидетельствуют, что полученные образцы малотоксичны, прочны, биоразлагаемы, на них может формироваться костная ткань.

Ученые Сколтеха и Сеченовского университета исследовали 3D-печать имплантатов сплавом железа и кремния

При лечении серьезных переломов устанавливаются особые имплантаты, способствующие восстановлению кости. Они служат своего рода каркасом, который постепенно зарастает костной тканью. В идеале к тому времени, как имплантат выполнит свою задачу, он должен раствориться в теле, тогда не понадобится операция по его извлечению. Как раз для этого и подойдет, по мнению создателей, новый сплав железа и кремния.

Материалы для подобных имплантатов должны соответствовать ряду требований. Они должны быть прочными, как кость, и пористыми, чтобы было пространство для формирования новой ткани. Кроме того, подходящий материал должен быть биосовместимым и биоразлагаемым. То есть с одной стороны, он должен приниматься организмом пациента, а с другой стороны — растворяться естественным образом, но не слишком быстро, чтобы успевала вырасти кость. При всем этом продукты разложения не должны быть токсичны.

«Часто используются сплавы железа, потому что этот металл не воспринимается организмом как чужеродный и разлагается примерно за такое время, как нужно. В то же время, в чистом виде железо слишком мягкое. Наш коллектив материаловедов уже работал со сплавами железа и кремния, и мы подумали, что стоит их рассмотреть в контексте имплантатов, ведь известно, что кремний тоже биосовместим, нетоксичен, хорошо усваивается и выводится организмом», — рассказывает младшая научная сотрудница Сколтеха Юлия Бондарева.

«Мы изготовили пористые образцы из порошкового сплава железа и кремния на 3D-принтере. Напечатанные образцы имели произвольный дизайн, подходящий для комплексного исследования механических и биологических свойств. В дальнейшем планируется изготовление образцов имплантатов анатомической формы для исследований непосредственно в организме животных», — поясняет руководитель исследования Станислав Евлашин.

Ученые Сколтеха и Сеченовского университета исследовали 3D-печать имплантатов сплавом железа и кремния

Коллектив исследовал механические свойства сплава, чтобы проверить, насколько хорошо образцы выдерживают сжатие и растяжение в сравнении с чистым железом и другими сплавами этого металла, популярными в имплантологии. Выяснилось, что новый сплав по своим характеристикам превосходит рассмотренные аналоги, а имплантаты действительно разлагаются организмом за нужное время.

«Кроме того, мы картировали элементный состав образцов. Порошок, который загружается в 3D-принтер, содержит железо и кремний в определенном соотношении, плюс при высокой температуре лазерной 3D-печати всегда в какой-то мере идет окисление. Чтобы убедиться, что механические свойства не меняются от одного участка образца к другому, мы подтвердили, что соотношение между двумя основными элементами и кислородом правильное и оно неизменно по всему образцу», — рассказывает Станислав Евлашин.

Синтез материала и проверка механических свойств проведены в Сколтехе, после чего образцы отправились в Сеченовский университет, где прошли испытания с живыми клетками в физиологическом растворе. Мышиные фибробласты и клетки, полученные из пуповины человека, продемонстрировали хорошую спайку, то есть прочно пристали к каркасу из сплава. При помощи микроскопа удалось подтвердить, что выжило примерно 70% клеток, что говорит о достаточно умеренной токсичности материала — она связана с образованием гидроксида и хлорида железа при разложении. Важно отметить, что на образце наблюдалось отложение фосфата кальция, значит на имплантате будет расти костная ткань.

Наряду с железосодержащими в качестве материалов для биоразлагаемых имплантатов изучаются также сплавы магния и цинка, однако из-за различий в свойствах можно ожидать, что они не займут в точности ту же нишу, что и их аналоги на основе железа. Последние могут, в частности, наилучшим образом подойти для ортопедии и травматологии, где свойства нового сплава железа и кремния будут особенно ценны.

Ученые Сколтеха и Сеченовского университета исследовали 3D-печать имплантатов сплавом железа и кремния

«Такие материалы востребованы, в частности, у ортопедов-травматологов. Имплантат из сплава железа и кремния может иметь механические свойства, сравнимые с теми, которыми обладают коммерческие аналоги, однако он способен резорбироваться. В месте имплантации постепенно формируется новая ткань, замещающая имплантат, и наступает момент, когда его не остается», — прокомментировала ведущая научная сотрудница Сеченовского университета и сотрудница МГУ Анастасия Шпичка.

Результаты исследования опубликованы в журнале Biomedical Materials.

Пресс-релиз

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.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

6
Комментарии к статье