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.
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 Изучив поведение 69 видов птиц в разных областях Западных Гат (Индия), международная исследовательская группа наконец объяснила, почему территориальные и всеядные птицы чаще других поют по утрам.
Среди ныне живущих морских обитателей осталось всего несколько так называемых «живых» ископаемых вроде латимерии или мечехвоста. Остальных мы знаем по уцелевшим остаткам. Новый вид древней рыбы обнаружили палеонтологи в девонском песчанике Канадской Арктики. Судя по найденным зубам и челюстям, рыба была в разы меньше своих родственников, а значит, могла жить в реках, что необычно для этих существ.
Наблюдая ранние этапы рождения землеподобных миров, астрономы приблизились к решению «метрового барьера» — проблемы роста пылевых зерен до размеров, необходимых для формирования планет.
Изучив поведение 69 видов птиц в разных областях Западных Гат (Индия), международная исследовательская группа наконец объяснила, почему территориальные и всеядные птицы чаще других поют по утрам.
Среди ныне живущих морских обитателей осталось всего несколько так называемых «живых» ископаемых вроде латимерии или мечехвоста. Остальных мы знаем по уцелевшим остаткам. Новый вид древней рыбы обнаружили палеонтологи в девонском песчанике Канадской Арктики. Судя по найденным зубам и челюстям, рыба была в разы меньше своих родственников, а значит, могла жить в реках, что необычно для этих существ.
Наблюдая ранние этапы рождения землеподобных миров, астрономы приблизились к решению «метрового барьера» — проблемы роста пылевых зерен до размеров, необходимых для формирования планет.
Вид антилоп, с ледникового периода привыкший к массовым миграциям, пытается вернуться в свой исторический ареал, когда-то достигавший Днепра. Однако их нетипичные для травоядных привычки вызывают сильнейшее отторжение у сельских жителей, предлагающих массово уничтожать их с воздуха. С экологической точки зрения возвращение этих животных весьма желательно, но как примирить их с фермерами — неясно.
Недавно вышел второй сезон сериала «Одни из нас» (TheLastofUs), созданного по сюжету популярнейшей видеоигры. Ученые Пермского Политеха решили разобраться, насколько реален сценарий грибной пандемии, превращающей людей зомби? Чем живет кордицепс и как он «ищет» своих жертв, действительно ли паразит способен эволюционировать настолько, чтобы поражать человеческий организм и подчинять себе его волю, был бы у людей шанс выжить, какие грибы уже поселились в наших телах и выручит ли нас иммунитет, сформированный тысячелетиями.
Казахстанский Алматы — город контрастов, где горы соседствуют с урбанистическими пейзажами, а бизнес-центры — с историческими кварталами. Неизменным остается одно — пробки. Ежедневно сюда приезжает более 700 тысяч автомобилей из пригородов, при этом в самом мегаполисе зарегистрировано порядка 600 тысяч транспортных средств. В результате по улицам ежедневно движется более миллиона транспортных средств.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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