Биосовместимые каркасы сложных форм создают при помощи 3D-печати
Учёные Томского политехнического университета совместно с коллегами из других вузов разработали биомедицинские каркасы – скаффолды – с эффектом памяти формы, который активируется при близких к физиологическим температурах.
Такое свойство делает материал перспективным для использования в инженерии костной ткани. Он позволит проводить минимально травматичные операции. Об этом IT-Russia сообщили в пресс-службе вуза.
«Самоустанавливающиеся» имплантаты
Полимерные скаффолды – это перспективный материал для регенеративной медицины. При помощи 3D-печати можно создавать биосовместимые каркасы сложных форм, которые по структуре и механическим свойствам близки к живым тканям. Такие скаффолды способствуют скорейшему восстановлению, а также поддерживают и улучшают функции повреждённых тканей. В частности, их можно использовать в качестве «самоустанавливающихся» имплантатов для замещения обширных дефектов кости.
«Биодеградируемый скаффолд изготавливают по форме дефекта кости. Затем его нагревают, сжимают и охлаждают в таком виде, чтобы получить временную компактную форму. Во время операции через небольшой разрез хирург вводит скаффолд в целевую область. При нагреве до температуры тела скаффолд «вспоминает» свою исходную форму и расширяется, точно заполняя дефект. Это обеспечивает плотное прилегание к кости без необходимости механической подгонки хирургом во время операции и делает медицинское вмешательство менее травматичным для пациента. Для ускорения процесса в клинических условиях может применяться дополнительный локальный мягкий нагрев», – говорит соавтор исследования, инженер-исследователь Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» вуза Анастасия Фетисова.
Лабораторные эксперименты показали, что скаффолды восстанавливают исходную форму на 97% за 6 минут при температуре воды 40°C. Это стало возможным благодаря особому составу скаффолдов и их пористой структуре гироида. Она обеспечивает равномерный теплообмен и проникновение воды, объяснил инженер-исследователь Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» вуза Абдулла бин Фироз.
Раньше исследования проводили при более высоких температурах, потому что чистый полилактид «вспоминает» форму при 60°C. Для контакта с живыми тканями такой показатель невозможен.
Память, прочность, биосовместимость
В дальнейшем учёные намерены изучить механические и усталостные характеристики скаффолдов в условиях, имитирующих нагрузки на костную ткань. А также провести доклинические испытания. Это позволит определить оптимальные состав и структуру скаффолдов, чтобы к эффекту памяти добавились еще и механическая прочность и биосовместимость.
«Таким образом, наша работа закладывает основу для безопасного и эффективного применения биодеградируемых скаффолдов в организме человека», – говорит директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» вуза профессор Роман Сурменев.
Ранее мы писали, что в Нижегородской области провели необычную ортопедическую операцию: пациенту заменили часть плечевой кости индивидуальным титановым имплантатом, напечатанным на 3D-принтере, полностью отказавшись от общего наркоза.