Российским ученым удалось повысить прочность и приживаемость в организме костных имплантатов, изготовленных из нескольких слоев сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Более того новые имплантаты по структуре максимально приблизились к костям человека.
На смену титану и нержавеющей стали в костных имплантатах приходят полимеры. Самым перспективным здесь является сверхвысокомолекулярный полиэтилен. В медицине сегодня уже используются суставы и кости из этого материала. Ведь СВМПЭ отличается высокой прочностью и хорошей приживаемостью в организме человека.
Новую технологию изготовления полимерных костных имплантатов предложили ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из РОНЦ им. Н.Н. Блохина. За счет использования армирующей клеевой субстанции исследователям удалось улучшить прочность искусственных заменителей костей, а также повысить степень их приживаемости в человеческом организме. Более того, сам имплантат по структуре был максимально приближен к строению человеческих костей. Сведения о новой разработке российских ученых опубликованы в журнале Polymers.
Для того, чтобы имплантат наиболее точно соответствовал структуре человеческих костей предлагается использовать СВМПЭ в нескольких видах: монолитный полимер, пористый и пленочный. Из монолитного СВМПЭ изготавливают внешний слой имплантата. Для внутреннего слоя применяют пористый полимер. Человеческая кость имеет аналогичную структуру: внешняя часть плотная и прочная, а внутренняя - пористая и похожа на губку. Дополнительную прочность имплантату придают за счет размещения между монолитным и пористым полимерами слоя пленочного СВМПЭ.
В подобной структуре нет ничего нового и необычного. Почему же ее не применяют в имплантатах в настоящее время? Оказывается все дело в том, что очень затруднительно связать слои разного по структуре СВМПЭ в единое целое. Выход нашли российские ученый, предложившие использовать для этой цели биосовместимые клеи, изготовленные на основе тиол-еновой реакции (с образованием высокоорганизованных полимеров), поливинилалкоголя (ПВА)/целлюлозы, и фенолформальдегида.
Образцы костных имплантатов ученые проверили на механическую прочность, в том числе на прочность клеевого соединения. Результаты оказались впечатляющими: прочность соединения слоев в образце с клеем на основе триол-еновой реакции оказалась выше в 40 раз, с клеем на основе ПВА/целлюлозы - в 29 раз, а с клеем на основе фенолформальдегида - в 41 раз.
Максимальное значение предела текучести при сжатии для образца из монолитного, пористого и пленочного СВМПЭ, соединенных клеем на основе триол-еновой реакции составило 12,9 МПа, а модуль упругости-862 МПа.
Механические испытания на сжатие образцов цилиндрических мульти-СВМПЭ форм показали, что наличие пленок СВМПЭ привело к улучшению механических свойств образцов цилиндрических мульти-СВМПЭ форм для всех типов клея. Кроме того, следует отметить, что механические свойства образцов мульти-СВМПЭ форм улучшаются за счет увеличения количества слоев пленок СВМПЭ. Для полных многослойных форм СВМПЭ (пористых, объемных и шестислойных пленок) с использованием клея на основе тиола-Эна Для двух бронированных слоев СВМПЭ (объемных и шести слоев пленок СВМПЭ) и при использовании клея на основе реакции тиол-Ен максимальные значения предела текучести при сжатии и модуля Юнга составили 44,1 МПа (увеличение на 17%) и 1130 МПа (увеличение на 36%) соответственно по сравнению с одним бронированным слоем объемного СВМПЭ.
Тарек Дайюб, инженер-исследователь Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» отмечает:
«Нами был разработан новый подход по изготовлению костных имплантатов для замещения дефектов трубчатых костей. Наши имплантаты состоят из трех функциональных слоев, выполненных из одного полимерного материала — СВМПЭ. Для придания имплантату биоактивных свойств, обеспечивающих образование новой костной ткани, нами был использован пористый слой из СВМПЭ. Для обеспечения адекватных механических свойств, наши имплантаты были армированы высокопрочными лентами СВМПЭ. Внешнее покрытие имплантата было выполнено из сплошного слоя СВМПЭ, который обеспечивает формирование гладкой биоинертной поверхности для контакта с мышцами и кожей, что снижает вероятность травмирования прилегающих тканей. Также сплошной слой СВМПЭ может быть дополнительно насыщен антибактериальным препаратом. Наши имплантаты по механическим свойствам близки к свойствам натуральной костной ткани, а отсутствие металлических компонентов снижает вероятность возникновения воспалительных процессов».
Изделия для замещения костной ткани на основе склеенных мульти-СВМПЭ форм считаются современным подходом, который важен для медицинского применения. Используя этот подход, можно создать дешевые продукты для замены костей.
Дальнейшие исследования предполагают решение таких задач как усиление клеевой фиксации и улучшение механических свойств полученных имплантатов, чтобы они полностью соответствовали механическим свойствам натуральной кости.
Понравилась статья? Ставим лайк👍, репостим и подписываемся на канал.