Разработана технология производства биомиметических имплантатов с заданной проницаемостью
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.
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.
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
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.
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.
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