Улучшен процесс проектирования биоразлагаемых костных имплантатов
Трансплантация костной ткани занимает второе место в мире среди операций по протезированию. Один из наиболее перспективных подходов — регенеративная медицина, которая включает в себя восстановление костных тканей с использованием биоразлагаемых полимерных каркасов (скаффолдов). Такой подход особенно востребован в ортопедии, травматологии, хирургии, стоматологии и нейроонкологии. После имплантации каркасы напрямую взаимодействуют с окружающими тканями и находятся в физиологической среде, что приводит к их постепенному разложению. От особенностей структуры таких биомедицинских конструкций зависит скорость их разрушения, что необходимо учитывать для корректного процесса их эксплуатации. Ученые Пермского Политеха провели экспериментальные исследования поведения таких имплантатов при воздействии физиологических сред, чтобы повысить точность и эффективность их проектирования.
Статья опубликована в журнале Polymers. Исследование выполнено в рамках государственного задания Минобрнауки России на выполнение фундаментальных научных исследований.
Аддитивные технологии открывают новые возможности для создания биосовместимых имплантатов, которые требуются для восстановления целостности и первоначальных свойств поврежденной костной ткани пациента. Полимерные материалы считаются наиболее перспективными для их изготовления, потому что имеют необходимые характеристики биосовместимости и способности к постепенному растворению.
Имплантат, находясь в длительном контакте со средой в человеческом теле, должен обладать достаточной механической прочностью. Пористые структуры – скаффолды – за счет поддержки окружающих тканей позволяют ускорить процесс регенерации. После вживления на внутренней поверхности полимерного имплантата начинает формироваться костная ткань, а он сам постепенно деградирует. Для успешной реабилитации важно, чтобы скорость этих процессов была сопоставима друг с другом.
Этот процесс зависит от биохимических свойств материала, внутренней структуры каркаса и его условий нагружения. Из-за того, что имплантаты обладают сложной архитектурой, которая разрабатывается под индивидуальные особенности конкретного пациента, скорость разложения для разных имплантатов будет сильно отличаться. Чтобы изготовить качественный протез, необходимо прогнозировать процесс еще на этапе проектирования.
Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Донского государственного технического университета исследовали цельные образцы из полимерных материалов и прототипы скаффолдов, изготовленные с помощью аддитивных технологий. Все образцы в течение разных периодов времени (от трех до 14 дней) выдерживали в жидкой среде при различных температурах для имитации нахождения в теле человека. Микрокомпьютерная томография прототипов показала, что даже на ранних стадиях взаимодействия начинается эрозия поверхности. Это значит, что при эксплуатации в реальных условиях структура будет деградировать быстрее за счет циркуляции жидкости в организме. Это необходимо учитывать на этапе проектирования, чтобы имплантат не деградировал слишком быстро.
«При 37 °C снижение свойств цельных образцов составило не более 16 процентов, а для скаффолдов — всего четыре. При повышенной температуре 45 °C эти показатели составили 47 процентов и 16, соответственно. Это означает, что механические свойства полимерных каркасов снижаются медленнее, поскольку характеристики таких структур определяются не только свойствами материала, но и особенностями внутренней архитектуры», – поясняет Наталия Еленская, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
«Полученные данные расширяют наше представление о механизмах резорбции, протекающих в таких конструкциях, а значит и наши возможности по контролю этого процесса. Результаты исследования полезны для разработки полимерных костных имплантатов с учетом влияния процесса деградации на их структурную целостность», – комментирует Михаил Ташкинов, заведующий научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Исследование ученых позволят проектировать более надежные и безопасные конструкции для пациентов, которые помогут восстанавливать костные ткани человека без повторного хирургического вмешательства.
Telegram 
Дзен 
VK Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Современная космология до недавнего времени опиралась на так называемый космологический принцип, по которому у Вселенной нет какого-то выделенного направления. И наблюдатель в любой ее точке должен видеть однородную в этом смысле картину. Астроном из Северокавказской астрофизической обсерватории показал, что это не так даже для очень древней Вселенной.
За всю свою историю радиус Меркурия мог уменьшиться намного больше, чем считалось. Поскольку часть следов этого процесса до сих пор оставалась незамеченной, прежние оценки могли быть серьезно занижены.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Особо чистый германий — полупроводниковый материал с минимальным содержанием примесей, который активно используют в ядерной физике, медицине и оборонной промышленности. Российские ученые предложили новую технологию, позволяющую получить монокристаллы германия особой чистоты.
Современная космология до недавнего времени опиралась на так называемый космологический принцип, по которому у Вселенной нет какого-то выделенного направления. И наблюдатель в любой ее точке должен видеть однородную в этом смысле картину. Астроном из Северокавказской астрофизической обсерватории показал, что это не так даже для очень древней Вселенной.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно