Исследователи из Пермского политехнического университета (ПНИПУ) выяснили, что имплантаты с пористой структурой, подобной пчелиным сотам, наиболее эффективны для восстановления костей. Речь идёт о каркасах Вороного — 3D-печатных биорастворимых конструкциях, которые имитируют естественную структуру губчатой кости. Об этом сообщает пресс-служба университета.
Временные биорастворимые имплантаты или скаффолды используются при переломах, артрозах и после хирургических вмешательств. Они играют роль матрицы для роста клеток и постепенно заменяются на натуральную костную ткань. Один из ключевых показателей их эффективности — жёсткость. Слишком мягкий каркас может разрушиться под нагрузкой, что нарушит процесс заживления.
«Для эффективной работы скаффолда его модуль упругости должен соответствовать аналогичному показателю реальной кости», — объяснила Юлия Пирогова, аспирант и младший научный сотрудник лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.
Учёные изготовили образцы скаффолдов из полилактида по трём методикам: с использованием диаграмм Вороного, BCC-решеток и гироидных структур. Первые напоминают по структуре соты, вторые — геометрически строгие решетки, а третьи — переплетения без острых углов.
Все образцы были протестированы на сжатие и сравнивались с архитектурой губчатой кости. Каркас Вороного показал модуль упругости 766,21 МПа, что практически соответствует показателю натуральной кости.
Кроме того, исследователи оценили, как разные структуры выдерживают максимальную нагрузку до 4000 ньютонов (около 400 кг, что соответствует весу, действующим на бедро при прыжке). Наименьшая степень разрушения была у гироидных каркасов — всего 1,2%. У структуры Вороного она составила 5%, а у BCC-решеток — 7,1%.
«Вороновые и гироидные конструкции не только максимально близки к костной ткани по жёсткости, но и лучше перераспределяют нагрузку. Это делает их перспективной основой для создания индивидуальных имплантатов», — отметил Михаил Ташкинов, руководитель лаборатории.
Ранее был создан имплантат, предотвращающий смертельно опасные приступы у диабетиков.