Не имеющий аналогов композитный материал для медицины создали ученые БФУ имени И. Канта в составе научного коллектива. Авторы утверждают, что из нового композита можно печатать на 3D-принтере самофиксирующеся костные импланты или «капсулы» для адресной доставки лекарств в организм без хирургического вмешательства. Результаты исследования опубликованы в Materials Letters.
Важное требование к имплантам — способность помогать излечению, не вызывая отторжения организмом или других нежелательных последствий. Кроме того необходимо, чтобы имплант сохранял свою целостность и функциональность заданное время (в одних случаях нужна «пожизненная гарантия», в других имплант должен «рассосаться», например, через три месяца или полгода). Поэтому сегодня существуют титановые импланты, обладающие высокой химической стабильностью и механической прочностью, и полимерные, состав и структура которых могут быть очень близки к тканям человеческого организма.
Ученые БФУ имени И. Канта совместно с коллегами из Кабардино-Балкарского государственного университета имени Х. М. Бербекова, Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» и Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН разработали биосовместимый пластик с добавлением магнитных наночастиц комплексного оксида кобальта и железа (феррита кобальта) для 3D-печати имплантов.
Авторы работы считают, что импланты из полученного материала можно будет перемещать внутри человеческого тела с помощью внешнего магнитного поля, а также менять их форму посредством нагревания, возвращая в исходное состояние охлаждением.
«Основа нашего «умного» биопластика — полилактид (ПЛА), который широко используется для 3D-печати во всем мире. Мы добавили в его структуру наночастицы «магнитящегося» феррита кобальта размером порядка 20 нанометров, что придало ему чувствительность к внешнему воздействию магнитными полями. Из этого материала мы получили филаментную нить — «чернила» для 3D-печати», — рассказал один из авторов разработки, научный сотрудник лаборатории композиционных материалов Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта Петр Ершов.
По словам ученого, использование нового материала потенциально позволит персонализировать импланты для каждого пациента не до операции, а уже после их вживления в организм. Также материал можно будет использовать для адресной доставки лекарств. Для этого пациент может, например, проглотить капсулу с лекарством, либо она может быть внедрена в кровяное русло. Затем врачи с помощью внешнего воздействия магнитным полем направляют капсулу к цели, где при нагреве она раскрывается и выпускает лекарство. После выполнения задачи капсула складывается охлаждением и выводится из организма наружу.
«У современной медицины есть запрос на композитные материалы, которые можно перемещать внутри тела с помощью внешнего магнитного поля, а их формой можно управлять с помощью изменения температуры. Например, изделия с памятью формы могут раскрываться при нагревании и возвращаться в исходное состояние при охлаждении. Пока композитов, обладающих всеми названными свойствами, на мировом рынке медицинских материалов просто не существует», — добавил Ершов.
Авторы считают, что полученный материал также может быть использован для 3D-печати скаффолдов (каркасов или «строительных лесов» для роста клеток), стентов для сосудов и других трубчатых каналов, а также для создания самофиксирующихся костных имплантов (умных протезов).
Ученый отметил, что импланты на основе биосовместимых полимеров и композитов приживаются в три раза быстрее титановых аналогов, а себестоимость их изготовления на 3D-принтере в 2–4 раза ниже.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.