Ученые Росатома печатают на 3D-принтерах индивидуальные титановые имплантаты для челюстно-лицевой хирургии и собираются серийно выпускать имплантаты с биосовместимыми покрытиями для травматологии и ортопедии.
Лаборатория аддитивных технологий и биоинжиниринга в научно-производственном центре медицинских изделий Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) открылась год назад и уже освоила полный цикл производства индивидуальных титановых имплантатов, сообщает корпоративное издание «Страна Росатом». Троицкие имплантаты уже установлены пяти пациентам.
Аддитивное оборудование — два промышленных 3D-принтера по технологии селективного лазерного сплавления металлопорошковых композиций (SLM) — разработал и произвел Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ). Расходными материалами служат чистый, нелегированный титан и титановые сплавы.
«Чистый титан используется в челюстно-лицевой хирургии — так безопасней, исключается влияние легирующих элементов на мозг пациента. У сплавов же механические свойства лучше, поэтому они больше подходят для имплантатов нагруженных костей опорно-двигательного аппарата, спинальных кейджей», — пояснил технолог аддитивного производства Егор Кормазов.
На изготовление индивидуального имплантата уходит в среднем неделя: два-три дня требуются на 3D-моделирование, примерно сутки на 3D-печать, еще сутки на термообработку и два-три дня на постобработку, контроль качества, стерилизацию и упаковку.
«Медики присылают заявку, данные пациента и результаты компьютерной томографии. На ее основе мы с помощью программного обеспечения разработки Росатома строим 3D-модель имплантата. Модель согласовываем с оперирующим врачом, и я адаптирую ее для 3D-принтера. У нас практически безотходное производство. После печати в принтере остается порошок, его мы собираем и отправляем на рекуперацию: просушку и просеивание. После этого порошок можно снова загружать в принтер», — рассказал Егор Кормазов.
Пока в Троицке печатают только единичные индивидуальные имплантаты — такие медицинские изделия не подлежат сертификации. Для серийного производства нужно разработать промышленную технологию и провести клинические исследования образцов. К 2030 году ученые хотят выйти на оптовый рынок титановых имплантатов с биосовместимыми покрытиями.
«Титан обычно хорошо приживается в организме человека, но бывает отторжение, образуются фиброзные капсулы, протез расшатывается. Мы предлагаем наносить на титановый имплантат двухслойное покрытие. Поверхностный биорастворимый слой дает толчок процессам минерализации и остеоинтеграции, то есть срастания имплантата с костью. После растворения первого слоя остается второй, он поддерживает дальнейший рост костной ткани», — рассказала научная сотрудница лаборатории аддитивных технологий и биоинжиниринга Анна Угодчикова.
Идея биосовместимых покрытий не нова, обычно используется кальций-фосфатная керамика, но как пояснила Анна, такие покрытия не биоразлагаемы, а потому остеоинтеграция идет медленно. Троицкие покрытия помимо кальция и фосфора содержат кремний и магний, способствующие более быстрому формированию костной ткани.
В лаборатории разрабатывают технологии нанесения покрытий, образцы передают в Первый Московский государственный медицинский университет имени Сеченова, Московский научно¬исследовательский онкологический институт имени Герцена и Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени Гамалеи для исследований биоактивных свойств и проверки на цитотоксичность.
В будущем троицкие ученые хотят создавать органы и ткани из живых клеток, для этого разрабатываются функциональные образцы биопринтера и биореактора.
«Все очень просто: клетки пациента культивируются до сфероидов — групп клеток размером до двухсот микрометров. С ними проще работать. Сфероиды помещаются в биопринтер: в специальной среде под воздействием магнитных и акустических полей они собираются в определенной последовательности в соответствии с 3D-моделью. Слипшиеся сфероиды мы помещаем в биореактор, клетки там продолжают делиться, сфероиды дозревают и через несколько дней превращаются в полноценный функционирующий орган», — рассказал Егор Кормазов.
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.