Ученые из Перми спроектировали уникальные импланты для регенерации костей
Целью любого имплантата является восстановление целостности тканей или их замена. Важно, чтобы он надежно контактировал с окружающими тканями и не вызывал патологических реакций. Благодаря аддитивным технологиям, которые позволяют создавать изделия слой за слоем, сейчас возможно производство имплантатов для костей, так называемых скаффолдов. Основная задача этих скаффолдов — имитировать структуру, свойства и функции живой ткани, а также обеспечивать механическую поддержку для клеток.
Ученые из Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали градиентные структуры скаффолдов, предназначенные для замещения поврежденных костных тканей.
Главное преимущество их подхода заключается в том, что они могут настраивать свойства скаффолда таким образом, чтобы имплантат максимально соответствовал участку, требующему замены.
Форма разработанных скаффолдов способствует созданию наилучших условий для прикрепления, миграции и деления клеток. Эти структуры отлично имитируют естественную кость по таким характеристикам, как пористость, коэффициент сжатия и проницаемость. Они сочетают низкий модуль упругости с высоким пределом текучести. Все эти свойства были получены в результате испытаний на сжатие, проведенных при моделировании.
Для экспериментальных исследований ученые изготовили прототипы каждой разработанной модели скаффолда из полилактида — биосовместимого материала, широко распространенного и доступного для аддитивного производства, с использованием трехмерной печати.
Сложная структура костной ткани достигается в имплантах благодаря градиентной структуре с непрерывным изменением механических свойств. Такой подход позволяет избежать зон концентрации напряжений, которые могут привести к разрушению костной ткани.
В зависимости от необходимых свойств скаффолда можно использовать различные типы градиентов, такие как пористость, размер ячейки или морфология. Градиент пористости предполагает постепенное изменение объемной доли пор в элементарной ячейке. Такой подход может быть хорошим решением при проектировании скаффолда с постепенным увеличением пористости без изменения геометрии элементарной ячейки.
Разработанные пермскими учеными импланты эффективно применяются на границе различных типов тканей, например, при восстановлении поврежденного участка, включающего трабекулярную и кортикальную костные ткани. Трабекулярная ткань, также известная как губчатая, необходима для укрепления органов. Кортикальная же ткань более прочная и отвечает за опору и защиту органов.