• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.09.2023
Сколтех
363

Разработана технология производства биомиметических имплантатов с заданной проницаемостью

4.5

Ученые из Сколтеха в соавторстве с коллегами из университета МИСИС и Санкт-Петербургского государственного морского технического университета поделились результатами нового исследования, в котором работали над проницаемостью биомиметических имплантатов.

Вид экспериментальной установки для измерений проницаемости и образец с пористой структурой
Вид экспериментальной установки для измерений проницаемости и образец с пористой структурой / © Пресс-служба Сколтеха / Автор: Артем Фомин

Статья вышла в International Journal of Bioprinting. Цель дизайна биомиметических имплантатов — получить свойства, которые полностью соответствуют реальным органам и тканям человека. За счет повторения структуры и механических свойств утративших свою функцию тканей или органов биомиметические имплантаты приживаются лучше. Это помогает упростить и ускорить восстановление пациентов после операций.

Первый автор исследования, аспирант Центра технологий материалов в Сколтехе Станислав Чернышихин подчеркивает важность биомиметических имплантатов: «Если механические свойства имплантата не совпадают со свойствами костной ткани в местах их соединения, — например, в случае повышенной жесткости имплантата, — то нагруженное состояние кости изменится, из-за чего ткань, по закону Вольфа, станет более хрупкой».

В серии исследований группа ученых решает комплексную задачу по созданию биомиметического имплантата из никелида титана — материала, в котором реализуется свойство сверхупругости. Кривые напряжение-деформация реальной кости и этого материала в сверхупругом состоянии близки, но никелид титана жестче. Чтобы уменьшить жесткость, в материал добавляли пористость:

«Раньше это делали с помощью таких методов, как самораспространяющийся высокотемпературный синтез, а сейчас нам доступны новые технологии 3D-печати, которые полностью изменили подход к задаче.

С помощью селективного лазерного плавления мы можем изготовить упорядоченную пористую структуру, измерить ее механические свойства и в будущем контролировать их, то есть адаптировать механические свойства имплантата под кость пациента путем вариации пористости и размера пор ещё на этапе дизайна. Дополнительное преимущество подхода заключается в возможности моделирования и изготовления имплантатов с градиентными пористыми структурами: если нужна жесткость больше, пористость уменьшается, и наоборот», — продолжает Станислав Чернышихин.

Прикрепление клеток к поверхности образца и их пролиферация / © Пресс-служба Сколтеха

В новом исследовании авторы представляют оригинальные результаты исследований по проницаемости будущих имплантатов из никелида титана. Свойство проницаемости важно для транспорта питательных веществ в кости.

«Необходимое условие правильного функционирования имплантата — возможность осуществления транспорта веществ по внутренним каналам. Сейчас в основном уделяют внимание механическим свойствам имплантата, но он должен не только нести нагрузку. Мы предлагаем развивать этот подход и работать также над другими свойствами. В этом исследовании мы сосредоточились на проницаемости», — рассказывает Алексей Шиверский, соавтор исследования и аспирант Сколтеха.

С использованием технологии селективного лазерного плавления исследователи изготовили из порошка никелида титана пористые структуры на основе элементарной ячейки гироида и измеряли в них проницаемость для разного размера пор и разной пористости. Теоретическую модель для изучения проницаемости разработал аспирант Сколтеха Билту Махато в рамках совместного исследования с экспертами из других ведущих научных организаций мира: «Мы использовали модель, разработанную для ламината с волоконным армированием, у которого так же, как и у изготовленной пористой структуры, наблюдался ламинарный поток, подчиняющийся закону Дарси». Экспериментальной валидацией модели занимался Алексей Шиверский. Затем ученые также провели тест напечатанных имплантатов на биосовместимость.

«Наши коллеги из Самарского медицинского университета брали небольшие части дисков с пористыми структурами и помещали их в культуральный раствор с мезенхимальными стволовыми клетками человека. Велись наблюдения, как клетки прикрепляются к поверхности, могут ли они делиться, прорастать в эти имплантаты. Результаты показали, что чем больше удельная поверхность имплантата, тем легче клетки закрепляются на них, но при этом чем больше пористость, тем лучше будет транспорт веществ и тем лучше они будут расти. Таким образом, лучший результат будет достигнут при учете как можно больших факторов, таких как механические свойства, проницаемость, удельная поверхность и так далее», — описывает эксперимент Станислав Чернышихин.

Имплантат кости в области носовой перегородки / © Пресс-служба Сколтеха

Теперь, по словам ученых, можно проектировать имплантат, который будет сопоставим с реальной костью не только по механическим свойствам, но и по проницаемости. Исследователи уже завершили следующий этап работ совместно с коллегами из лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов Томского государственного университета.

Методом томографии они восстановили форму отсутствующей части кости пациента, которому предстоит краниопластическая операция в области носовой перегородки. Ученые в Сколтехе сделали дизайн пористой структуры будущего тканевоклеточного каркаса, сформированного ячейками гироидального типа, и произвели 3D-печать имплантата из нитинола. Теперь имплантат передан сибирским ученым. Исследователи надеются, что оперативное вмешательство пройдет успешно.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
5 часов назад
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

Позавчера, 12:09
Татьяна

Ученые из Китая проанализировали состав древнейших цирконов с помощью машинного обучения. В этих минералах хранится информация о процессах в недрах планеты. По мнению авторов нового исследования, все указывает на то, что перемещения плит в литосфере происходили уже в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, то есть гораздо раньше предыдущих оценок.

Вчера, 12:45
Татьяна

Открытая недавно планета LHS 1140 b заинтересовала ученых как потенциально обитаемая. В новой работе канадские исследователи подтвердили, что это, скорее всего, мир с теплым океаном, окутанным насыщенной азотом атмосферой.

Позавчера, 12:09
Татьяна

Ученые из Китая проанализировали состав древнейших цирконов с помощью машинного обучения. В этих минералах хранится информация о процессах в недрах планеты. По мнению авторов нового исследования, все указывает на то, что перемещения плит в литосфере происходили уже в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, то есть гораздо раньше предыдущих оценок.

8 июля
Полина Меньшова

Ученые из Великобритании предложили психофизиологическую модель, объясняющую, как именно физические упражнения облегчают симптомы депрессии. Особенно она применима к аэробной нагрузке, например ходьбе, подъему по лестнице, бегу.

9 июля
Татьяна

Если человек не может однозначно интерпретировать какое-то визуальное явление, у него возникает желание рассмотреть его получше. Американские ученые впервые продемонстрировали, что происходит в этот момент в мозге.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно