Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Института физики прочности и материаловедения СО РАН разработали биомедицинские каркасы (скаффолды) со структурой гироида, обладающие эффектом памяти формы и активируемые при температурах, близких к физиологическим. Это свойство делает материал перспективным для использования в инженерии костных тканей, так как обеспечивает минимально инвазивное внедрение имплантатов и потенциально улучшает их интеграцию с костными тканями. Благодаря технологиям 3D-печати можно создавать биосовместимые скаффолды сложных форм, структура и механические свойства которых приближены к свойствам живых тканей.
Такие скаффолды помогают восстанавливать, поддерживать и улучшать функции поврежденных тканей. В частности, их можно использовать в качестве «самоустанавливающихся» имплантатов для замещения обширных дефектов кости, сообщает пресс-служба ТПУ.
«По выдвинутой гипотезе 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», — рассказала инженер-исследователь научно-исследовательского центра физического материаловедения и композитных материалов ТПУ Анастасия Фетисова.
«С помощью метода послойной 3D-печати были получены биосовместимые скаффолды со структурой гироида на основе биодеградируемого полилактида, пластифицированного полиэтиленгликолем. Добавление десяти процентов полиэтиленгликоля по массе позволило снизить температуру стеклования полилактида до 36-39 °C», — рассказал ведущий научный сотрудник научно-исследовательского центра пьезо- и магнитоэлектрических материалов ТПУ Александр Ложкомоев.
Лабораторные эксперименты показали, что скаффолды с десятипроцентной массовой долей полиэтиленгликоля и структурой гироида восстанавливают исходную форму на 97% за шесть минут при температуре воды 40°C.
«Это стало возможным благодаря оптимальному составу скаффолдов и пористой структуре гироида, которая обеспечила равномерный теплообмен и проникновение воды», — пояснил инженер-исследователь научно-исследовательского центра физического материаловедения и композитных материалов ТПУ Абдулла бин Фироз.
Ранее большинство исследований проводилось при более высоких температурах, поскольку чистый полилактид демонстрирует эффект памяти формы выше 60°C. Несмотря на эффективность такого нагрева для восстановления формы, он неприемлем для контакта с живыми тканями из-за риска их повреждения.
Дальнейшие исследования будут направлены на изучение механических и усталостных характеристик скаффолдов в условиях, имитирующих нагрузки, характерные для костных тканей, а также на проведение доклинических испытаний. Это позволит определить оптимальные состав и структуру скаффолдов, обеспечивающие сочетание высокого эффекта памяти формы, механической прочности и биосовместимости.
В исследованиях принимали участие сотрудники научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы», международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы», Института физики прочности и материаловедения СО РАН.
Исследование выполнено при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030», результаты опубликованы в журнале Polymers.
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.