Ученые лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов Томского государственного университета (ТГУ) оценили и количественно сравнили физические параметры живых и искусственных пористых материалов. Выяснилось, что они, хотя и отличаются по структуре, схожи по деформационному поведению.
Открытые физиками свойства помогут при создании новых биосовместимых имплантатов. Исследование эластичности сетчатых никелид-титановых конструкций ведется в рамках мегагранта Правительства РФ «Реология интерфейса сверхэластичный сплав покрытие-биологическая ткань» (Постановление №220).
Для создания работающего имплантата необходимо добиться его биомеханической совместимости с контактирующей биологической тканью. Поэтому ученым важно понять деформационные свойства материала и получить физические параметры, которыми описываются механическое поведение биологических тканей: жесткость, модуль упругости, модуль сдвига, предел текучести, сопротивление усталости, вязкость, характеристики релаксации напряжения и другие.
Как отмечает старший научный сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Гульшарат Байгонакова, наличие надежного биоинтерфейса между имплантатом и биологической тканью является основным показателем успешности применения имплантата. Если имплантат не прижился, это может быть из-за коррозии, недостаточной эластичности или нестабильных функциональных свойств имплантата.
Из-за сложной микроструктуры, геометрии и нелинейного поведения живых тканей и имплантируемых материалов есть потребность в разработке новых экспериментальных и теоретических основ, включая математические модели. Чтобы оценить, насколько имплантаты совместимы с биологическими тканями, ученые ТГУ исследовали деформационные особенности сетчатых конструкций из тонкой никелид-титановой проволоки и мягких биологических тканей. При циклическом растяжении такой сетчатой конструкции, созданной в ТГУ, исследователи обнаружили гиперупругое деформационное поведение, подобное поведению мягких биологических тканей.
На основе испытаний пористых сплавов никелида титана и губчатых костных тканей был предложен новый подход количественной оценки их биомеханической совместимости.
«Ясно, что многое еще предстоит сделать из-за сложности объектов исследования, но самое важное — мы смогли с единой методологической точки зрения оценить и количественно сравнить сходимость физических параметров живых и искусственных пористых материалов — разных по структуре, но схожих по деформационному поведению. Эти параметры и станут критерием объективного выбора определенных материалов, предназначенных для интеграции в конкретную биоткань», — рассказывает заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко.
Заинтересованность в исследовании ученых ТГУ уже проявил НИИ онкологии Томского национального исследовательского медицинского центра РАН, ведутся переговоры с другими онкологичексими центрами.
Эти результаты — лишь часть работ, которые сотрудники лаборатории ведут в рамках мегагранта «Реология интерфейса сверхэластичный сплав покрытие-биологическая ткань» под руководством ведущего ученого Алексея Волынского из Университета Южной Флориды. В вузе открыта лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов, а исследователи выпустили семь научных публикаций в журналах уровня Q1, а также представили результаты на конференциях.
Программа мегагрантов входит национальный проект «Наука и университеты», реализуемый Минобрнауки России.