В ТПУ создали пористые каркасы с имитацией структуры кости

Ученые Томского политехнического университета совместно с зарубежными коллегами разработали пористые каркасы (скаффолды) из сплава титана и ниобия с контролируемой пористостью и биоактивным покрытием. Разработка открывает возможность создания имплантатов нового поколения, имитирующих структуру и механические свойства кости, сообщает пресс-служба вуза.

Несмотря на прогресс, достигнутый в области биомедицинского инжиниринга, реконструкция крупных дефектов костных тканей остается серьезной проблемой в ортопедической и травматологической хирургии. Основная проблема существующих материалов для имплантации — разные показатели упругости искусственного материала и костной ткани. В результате проявляется эффект экранирования напряжений: имплантат берет на себя основную нагрузку, а ткани вокруг начинают деградировать. Он доставляет дискомфорт пациенту и может привести к потере имплантата.

«Мы изготовили скаффолды, имитирующие по структуре пористую архитектуру костной ткани. Они имеют сложную структуру с точки зрения топологии и микроскопических и макроскопических свойств, при этом на каждый элемент структуры нанесено биоактивное наноструктурное высокочастотное магнетронное покрытие, задача которого защищать материал от коррозии и обеспечивать совместимость с организмом», — рассказала ведущая научная сотрудница исследовательского центра физического материаловедения и композитных материалов ТПУ Мария Сурменева.

Ученые нанесли биоактивное покрытие методом ВЧ-магнетронного распыления на плоские подложки ранее синтезированного биосовместимого бета-титанового сплава на базе системы Ti-Nb (титана и ниобия). Комплексный анализ помог получить представление о морфологии и шероховатости поверхностей, кристаллографической структуре и текстуре, химическом и фазовом составе, смачиваемости и коррозионной стойкости. Нанесение биоактивного покрытия улучшило защиту материала от коррозии. Затем биоактивное покрытие нанесли на скаффолды, изготовленные методом 3D-печати. Образцы подвергли исследованиям in vitro для оценки биосовместимости.

«Исследования продемонстрировали прямую зависимость между содержанием ниобия в сплаве и пролиферативной активностью клеточных культур. Кроме того, образцы сплава с повышенным содержанием ниобия и биоактивным покрытием обеспечили максимальные значения остеогенных маркеров — отложения кальция и выработки коллагена. Полученные данные подтверждают высокий потенциал разработанного материала в регенеративной костной инженерии», — рассказала старшая научная сотрудница исследовательского центра физического материаловедения и композитных материалов ТПУ Ирина Грубова.

В дальнейшем научный коллектив сосредоточится на синтезе и изучении биоактивных покрытий с альтернативными химическими составами. Основная цель — достижение максимально эффективных показателей биосовместимости.

Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Ceramics International.

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.