Биоинженеры МИСИС подобрали перспективные составы для 3D-печати ортопедических имплантатов
Ученые Университета МИСИС выяснили, как ведут себя костные имплантаты на основе биоразлагаемых композиционных материалов после установки пациенту. Для этого они исследовали свойства 3D-печатных материалов на основе полилактида с различными наполнителями в условиях, имитирующих организм человека.
Костные имплантаты со временем растворяются в организме, но как именно растворение в теле человека влияет на свойства полимерных имплантатов — прочность, структуру, способность взаимодействовать с клетками костной ткани, — до сих пор было недостаточно изучено.
«При разработке биоразлагаемых имплантатов важно понимать, как именно материал будет менять свои свойства с течением времени. Мы сравнили два типа наполнителей для полилактида и показали, что гидроксиапатит обеспечивает лучшее сочетание механической стабильности и биологической активности, тогда как диоксид кремния, напротив, приводит к охрупчиванию и более быстрой потере прочности. Эти результаты помогут разработчикам осознанно выбирать состав в зависимости от требуемых характеристик будущего изделия», — рассказала один из авторов исследования, научный сотрудник научно-образовательной лаборатории тканевой инженерии и регенеративной медицины НИТУ МИСИС, кандидат физико-математических наук Анна Черемных.
Наиболее перспективными среди изученных составов оказались композиции с гидроксиапатитом, особенно в концентрации 10–15 масс. %. Они продемонстрировали оптимальное сочетание механических характеристик, были безопасны для клеток и наиболее эффективно стимулировали их адгезию.
«Клетки активнее цеплялись за поверхность образцов, уже прошедших стадию биодеградации, чем за только что напечатанные — особенно если в составе был гидроксиапатит, тот же минерал, из которого состоит костная ткань. Это говорит о том, что в процессе растворения поверхность имплантата становится более благоприятной для прикрепления клеток, которые участвуют в восстановлении кости», — объяснил еще один из авторов работы, директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС, доктор физико-математических наук Фёдор Сенатов.
В университете МИСИС в рамках программы «Приоритет-2030» нацпроекта «Молодежь и дети» реализуется стратегический технологический проект «Биомедицинская инженерия и биоматериалы», ключевая задача которого — создание и коммерциализация продуктов и технологий, подготовка инженеров для быстро развивающейся отрасли. Ученые вуза разрабатывают решения, которые улучшают качество жизни миллионов людей, облегчают и ускоряют терапию даже в сложных медицинских случаях.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.