Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Пермяки выяснили, какой имплантат на 92,53% эффективнее справится с восстановлением костей
В России ежегодно регистрируется 120-150 тысяч сложных переломов, 10–15 % из которых требуют непростой реконструкции. Традиционные методы, такие как пересадка тканей, имеют недостатки: риск отторжения, нехватка донорского материала и сложность подбора. Альтернатива — биоразлагаемые скаффолды, которые поддерживают кость и не требуют извлечения. Однако они часто слишком жесткие или не повторяют естественную структуру, что может вызвать атрофию соседних тканей или поломку каркаса. Ученые Пермского Политеха нашли конструкцию скаффолда, которая на 92,53 % соответствует архитектуре человеческой кости, обеспечивая естественное распределение нагрузки и ускоряя восстановление.
Статья опубликована в журнале Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. Исследование проведено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования России на выполнение фундаментальных научных исследований.
При переломах, артрозах или после сложных операций для восстановления костей используют скаффолды – временные каркасы из биорастворяемого материала, например, полилактида. Их изготавливают на 3D-принтере, чтобы создать внутри пористую структуру. Отверстия и ячейки в каркасах нужны для правильного прорастания клеток, доставки питательных веществ и кислорода. Регенерирующая кость пациента постепенно заменяет собой скаффолд, а он растворяется в организме по мере выздоровления пациента. Это позволяет избежать повторных хирургических вмешательств.
Одно из главных требований к таким каркасам – они не должны уступать тканям по жесткости. Если имплантат слишком мягкий, он не выдержит нагрузки, которые обычно принимает реальная кость – вес тела, движение и так далее. Из-за этого могут возникнуть деформации, микротрещины или преждевременное разрушение скаффолда до восстановления тканей. Ухудшится сам процесс срастания и увеличится риск воспаления.
– Показатель, который определяет, насколько кость жесткая и сопротивляется деформации под нагрузкой, называется «модуль упругости». Для правильного процесса выздоровления модуль упругости скаффолда должен быть схож с натуральной костью. Это зависит, в том числе, от вида имплантата, который вживляют пациенту, – комментирует Юлия Пирогова, аспирант, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.
Ученые Пермского Политеха изготовили на 3D-принтере образцы каркасов из полилактида по основным применяемым методикам. Их подвергали сжатию и сравнивали с настоящей костной тканью.
Существуют общепринятые инженерные подходы создания скаффолдов. Выделяют три основных: гироидные структуры, диаграммы Вороного и BCC-решетки. Их отличие в распределении пористых структур внутри. Так, например, строение гироидных скаффолдов напоминает природные изогнутые формы, как пчелиные соты или мыльная пена, каркасы Вороного похожи на переплетенные волны.
Задача ученых Пермского Политеха состояла в том, чтобы выявить, какие из них больше всего соответствуют костям человека по жесткости, а значит – наиболее эффективно справятся с восстановлением тканей.
– Образцы скаффолдов сжимали под нагрузкой для имитации воздействия веса, чтобы проверить сходство с архитектурой натуральной кости. Так, эффективный модуль упругости аддитивно изготовленной модели губчатой кости = 765,98 МПа. У каркаса Вороного – 766,21 МПа, у гироидного – 726,47 МПа, а ВСС-решетка показала значение в 469,04 МПа. Это значит, что каркас Вороного – наиболее подходящий по жесткости, и за счет этого кость практически не будет «ощущать» имплантат, – поясняет Илья Виндокуров, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.
– Мы также изучили поведение скаффолдов при нагрузке 4000 Н (≈400 кг). Это примерная максимальная нагрузка на бедренную кость при ходьбе или прыжке у взрослого человека. После численного эксперимента доля разрушенных элементов составила у гироидных каркасов 1,2%, у Вороного до 5%, а у ВСС – 7,1%. С этой точки зрения можно сказать, что гироидные структуры и структуры на основе решеток Вороного лучше распределяют нагрузку, чем BCC-решетки, – рассказывает Михаил Ташкинов, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха помогло определить типы каркасов, обладающие наибольшей жесткостью и схожие с человеческой костью. Так, наиболее близкий к натуральной кости модуль упругости показал каркас Вороного – 766,21 МПа. При этом показатель геометрической реализации реального биологического материала – 765, 98 МПа. Такие результаты позволяют говорить о том, что этот вид скаффолдов соответствует костному материалу почти на 99% и более эффективно позволяет тканям восстанавливаться.
Разработанные в лаборатории структуры могут стать основой для персонализированных имплантатов, ускоряющих заживление костей и снижающих риск осложнений. Правильный выбор каркасов поможет снизить риск отторжения имплантатов и ускорить реабилитацию пациентов. Результаты исследования будут полезны в медицине и биомедицинской инженерии.
Telegram 
Дзен 
VK Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Кошка может внезапно отказаться от корма, который ела месяцами, и все потому, что ей просто надоел его запах, пришли к выводу японские исследователи. Поэтому хозяевам стоит почаще вносить немного разнообразия в рацион, который они предлагают питомцу, вернее — в аромат, который пища источает.
Астрономы впервые получили одно из наиболее убедительных доказательств существования самых первых звезд во Вселенной. Именно такие объекты могли запустить химическую эволюцию космоса и привести к появлению галактик, планет и в итоге жизни.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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