В НИУ «МИЭТ» разрабатывают 3D-печатные кардиоимплантаты

Ученые Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ» предложили 3D-печатную конструкцию, предназначенную для создания тканеинженерных имплантатов и покрытий для сердечно-сосудистых приборов.

Как сообщает пресс-служба вуза, конструкция состоит из композитных слоев, в состав которых входят углеродные нанотрубки и биополимеры на основе белка крови альбумина, белка соединительной ткани коллагена и природного абсорбента полисахарида хитозана. Композитные слои формировались с помощью разработанного лазерного 3D-принтера.

Конструкция может использоваться как для создания самостоятельных тканеинженерных имплантатов для восстановления дефектов сердца, так и покрытий для сердечно-сосудистых приборов, например, аппаратов вспомогательного кровообращения или стентов. Об этом свидетельствуют результаты исследований атомно-молекулярной структуры, электропроводности и твердости, а также био- и гемосовместимости слоев. При использовании в качестве покрытия композитные слои могут играть роль связующих звеньев между сердечно-сосудистым прибором и текущей кровью, предотвращая повреждения клеток крови и тем самым снижая неблагоприятные эффекты для пациента и уменьшая общую нагрузку на систему здравоохранения.

Карты распределения твердости композитных слоев конструкций из биополимеров на основе альбумина, коллагена, хитозана и углеродных нанотрубок

«Слои конструкций создавались с помощью формирования разветвленной трехмерной сети из нанотрубок с узлами проводимости в матрицах биополимеров. Лазерное излучение позволило обеспечить электропроводность сети и, соответственно, конструкций, превышающую электропроводность аналогичных образцов, полученных обычным нагревом, например в термостате», — рассказывает руководитель научной группы и заведующий лабораторией биомедицинских нанотехнологий, кандидат физико-математических наук Александр Герасименко.

Полученному экспериментальному эффекту предшествовали теоретические исследования связывания нанотрубок между собой для образования электропроводящей структуры. Значения электропроводности разработанных конструкций соответствуют электропроводности миокарда — сердечной мышцы. Это важно для создания сердечных имплантатов, которые должны быть электропроводящими, поскольку сердце генерирует электрический ток, распространяющийся по сердечной ткани и обеспечивающий его сокращение. Разветвленная сеть из углеродных нанотрубок, сформированная с помощью лазерного излучения, способствовала повышению механической прочности по всему объему конструкций.

Микроскопические изображения пористой 3D структуры композитных слоев конструкций из биополимеров на основе альбумина, коллагена, хитозана и углеродных нанотрубок

Кроме того, в ходе экспериментов выявлено, что технология позволяет управлять пористостью конструкций. Ученые обнаружили физический механизм образования паровой оболочки вокруг нанотрубок, влияющий на образование пор, при воздействии на них импульсами лазерного излучения с определенной энергией. Для этого были использованы знания в области нелинейно-оптических исследований материалов с нанотрубками.

Пористость конструкций была настроена таким образом, что они содержали поры с малыми и большими размерами: малые поры обеспечивают прорастание кровеносных капилляров и нервных волокон, а большие заполняются клетками сердца.

Микроскопические изображения клеток в пористой 3D структуре композитных слоев конструкций из биополимеров на основе альбумина, коллагена, хитозана и углеродных нанотрубок

Ученым удалось продемонстрировать жизнедеятельность клеток сердца в пористой 3D-структуре каждого из композитных слоев конструкций. Через двое суток клетки в структуре композитных слоев начинали образовывать фрагменты элементарного слоя эндотелия, а композитные слои при этом обеспечили благоприятное воздействие на кровь. Поскольку сердечно-сосудистые имплантаты должны при контакте предотвращать разрушение оболочек красных клеток крови (эритроцитов), которые содержат гемоглобин, переносящий кислород по организму, ученые провели исследования уровня гемолиза крови при контакте с разработанными конструкциями в соответствии с протоколом этического комитета Сеченовского университета. Испытания с кровью также закончились положительно.

Доклад научной команды опубликован в журнале Composite Structures.

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.