Какие имплантаты могут ускорить заживление костей?

Временные биорастворимые имплантаты или скаффолды применяются при переломах, артрозах и после операций. Они служат основой для прорастания клеток и со временем заменяются натуральной костной тканью пациента. Один из главных критериев их эффективности - жесткость. Если каркас оказывается слишком мягким, он не выдерживает нагрузку и разрушается раньше времени, нарушая процесс заживления.

"Чтобы скаффолд работал эффективно, его модуль упругости также должен быть максимально близок к показателю реальной кости", - пояснила аспирант Юлия Пирогова, младший научный сотрудник лаборатории "Механика биосовместимых материалов и устройств" ПНИПУ.

Ученые напечатали образцы скаффолдов из полилактида по трем наиболее распространенным методикам: с использованием диаграмм Вороного BCC-решеток и гироидных структур. Имплантаты первого типа по структуре напоминают соты, второго - геометрически строгие решетки, а третьего - переплетения без острых углов.

Все образцы прошли испытания на сжатие и сравнивнение с архитектурой губчатой костной ткани. Каркас Вороного показал модуль упругости 766,21 МПа - почти идентичный значению натуральной кости.

Дополнительно исследователи проверили, как разные структуры выдерживают максимальную нагрузку - до 4000 ньютонов (примерно 400 кг, что соответствует весу, действующему на бедро при прыжке). Наименьшая степень разрушения элементов была у гироидных каркасов - всего 1,2%. У Вороного она составила до 5%, а у BCC-решеток - 7,1%.

"Структуры Вороного и гироидные конструкции не только максимально соответствуют костной ткани по жесткости, но и лучше перераспределяют нагрузку. Это делает их перспективной основой для создания индивидуальных имплантатов", - подчеркнул Михаил Ташкинов, заведующий лабораторией.