В УГМУ открылась лаборатория 3D-печати материалами с эффектом памяти формы

В Уральском государственном медицинском университете открылась лаборатория, где исследуют имплантаты на основе никелида титана — биосовместимого сплава с эффектом памяти формы. Ученые имплантируют экспериментальные образцы лабораторным животным, отрабатывают режимы 3D-печати и изучают поведение материала в живых организмах, сообщает Министерство науки и высшего образования РФ.

В медицине никелид титана применяется с 1970-1980-х годов. Отличительное свойство этого биосовместимого сплава — память формы: материал можно временно деформировать, но при нагревании в организме он вернется в исходное положение. Запрограммированная пористая структура 3D-печатных имплантатов способствует прорастанию сосудов и тканей, повышая эффективность восстановления. В отличи е от титана, этот сплав не образует биопленку на границе с тканями, что снижает риск воспалений. Недавно ученые УГМУ вместе с томскими коллегами протестировали образцы, напечатанные в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого и пришли к выводу, что именно никелид титана лучше всего подходит для замещения костных тканей.

Прежде чем перейти к клиническому применению, специалисты хотят убедиться, что материал ведет себя в организме именно так, как задумано. Сейчас лаборатория отрабатывает режимы 3D-печати на образцах — кубиках, пластинах, шайбах и цилиндрах. Простая геометрия позволяет изолированно оценивать влияние режимов 3D-печати на свойства материала без лишних переменных.

Руководит лабораторией доцент кафедры детской хирургии, доктор медицинских наук, травматолог-ортопед Иван Гордиенко. Получаемые методом селективного лазерного сплавления металлопорошковых композиций (SLM) образцы имплантируют лабораторным животным и наблюдают, как никелид титана интегрируется с тканями. Только после того, как ученые убедятся в биосовместимости, пористости и остеоинтеграции материала, они перейдут к следующему этапу — 3D-печати сложных имплантатов.

«Главное преимущество технологии — возможность создавать имплантаты под конкретных пациентов. Мы учитываем размеры и особенности дефекта, моделируем изделие индивидуально и получаем конструкцию, максимально адаптированную под клиническую задачу. Это важный шаг в развитии персонализированной медицины и реконструктивной хирургии», — рассказал Иван Гордиенко.

В исследовании принимают участие биоинженеры, врачи и рентгенологи. Полный цикл — от компьютерной томографии пациента до готового изделия — будет занимать от двух недель до трех месяцев, в зависимости от сложности случая.

Перед исследованием специалисты УГМУ изучили официальный реестр производителей индивидуальных медицинских изделий Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения (Росздравнадзора) . В нем около сорока производителей, включая белорусские компании. Из них пять-шесть работают с титаном, но коммерческого производства изделий из никелида титана в стране нет.

Дополнительный источник информации — живое общение c коллегами из других университетов-участников программы «Приоритет-2030». У многих есть аддитивное производство, но они печатают сталью, алюминием, медью и обычными титановыми сплавами. Лаборатория УГМУ стала первой в стране, специализирующейся на 3D-печати индивидуальных имплантатах из никелида титана методом селективного лазерного сплавления.

Полное название площадки — «Новые материалы и технологии персонализированной и регенеративной медицины». В штате лаборатории пять сотрудников, плюс четыре студента и два аспиранта. Лаборатория работает по направлением 3D-печати металлами и полимерами, включая биорезорбируемые материалы, 3D-биопечати, исследования композитов методом литья, комплексной оценки токсичности медицинских материалов.

Помимо SLM 3D-печати в лаборатории работают с полимерными материалами и медицинскими фотополимерными смолами. Их используют для прототипирования и изготовления временных коронок, из них же можно моделировать дефекты костей перед операциями и создавать наглядные пособия для студентов и врачей.

В парк оборудования входят SLM 3D-принтер M150 производства петербургской компании «Лазерные системы», два FDM 3D-принтера ZAV Pro V3, два стереолитографических 3D-принтера от Elegoo для образовательных целей, 3D-биопринтер Rokit Dr. Invivo 4D2 и 3D-сканеры. Также здесь работают виварий для подопытных животных и отдел клеточных технологий для 3D-печати биоматериалами на основе хондроцитов и остеоцитов.

Прежде чем технология дойдет до пациентов, ей предстоит пройти несколько обязательных этапов. После доклинических испытаний на животных и подтверждения биосовместимости материала ожидаются регистрация порошка никелида титана и получение регистрационного удостоверения, оценка системы менеджмента качества и внесение в реестр Росздравнадзора. Только после этого станет возможной установка новых имплантатов людям.

«В настоящее время лаборатория работает над доказательной базой безопасности и эффективности новых разрабатываемых медицинских изделий, выполняя в основном фундаментальные типы исследований, однако перспектива практического применения достаточно четкая, и год за годом вектор деятельности будет смещаться на мелкосерийное производство», — прокомментировал Иван Гордиенко.

К 2030 году команда рассчитывает получить регистрационное удостоверение на порошок и начать активное внедрение технологии в медицинскую практику — сначала в Свердловской области, затем по всей стране.

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