Каркасы сделаны из материалов, которые разлагаются в организме и не наносят вреда. Благодаря улучшенным механическим свойствам, эти каркасы будут лучше приживаться в теле человека. Это значит, что в будущем можно будет создавать имплантаты, которые легко интегрируются в организм.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда и администрации Томской области. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials.

Проблема восстановления костной ткани — одна из самых сложных в медицине. Для ее решения нужны имплантаты с определенными механическими свойствами, которые обеспечивают стабильность и помогают регенерации костной ткани.

В последнее время ученые активно исследуют 3D-печать. С ее помощью можно создавать сложные имплантаты высокой точности. Это помогает в лечении дефектов костей.

Ученые из Томска создали специальные каркасы для поддержки живых тканей. Эти каркасы, или «скэффолды», сделаны из биоразлагаемого материала с помощью 3D-печати. Материал содержит полимолочную кислоту и наночастицы магнетита.

Исследователи сделали несколько вариантов скэффолдов с разным количеством наполнителя внутри (100%, 70%, 50% и 30%). Затем ученые изучили эти каркасы с помощью разных методов, чтобы понять, как они работают.

В ходе исследования ученые добавили в полимер вещество под названием Fe3O4. Это привело к интересным реакциям между полимером PLA и магнитными наночастицами.

Например, образовались связи между группами атомов в полимере и группами атомов на поверхности магнитных наночастиц. Получается, что наночастицы могут влиять на химические реакции, приводя к изменениям в структуре полимера.

Это улучшает механические свойства полимера, делая его более подходящим для использования в медицине. Композитный материал с 50% содержанием добавки показал свойства, сравнимые со свойствами человеческой губчатой кости, — отмечает один из авторов исследования, директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Сурменев.

Созданные материалы обладают особым свойством — эффектом памяти формы. Это значит, что они могут возвращаться к своей первоначальной форме после деформации.

Исследования показали, что композитные скэффолды (материалы, которые используются для поддержки клеток и тканей) из полилактида и оксида железа при нагревании восстанавливают свою форму на 85%. А чистые скэффолды из полилактида — только на 75%.

Кроме того, было замечено, что скэффолды с меньшим количеством материала внутри восстанавливают форму быстрее других.

Также исследования показали, что эффект памяти формы работает независимо от геометрии образцов. Все они смогли полностью восстановить свою первоначальную форму.

Имплантаты, основанные на PLA и Fe₃O₄, открывают множество возможностей персонализированного восстановления и регенерации костей, а также могут лечь в основу передовых биомедицинских приложений, например, создания искусственных мышц и мягкой робототехники, — уверен Роман Сурменев.

В будущем ученые планируют улучшать структуру «скелетов» для выращивания тканей, меняя количество материала, толщину слоев и скорость изготовления. Они также будут экспериментировать с количеством вещества, которое используется в качестве основы.

Кроме того, они проведут исследования на живых организмах, чтобы понять, насколько эффективно работают эти материалы при воздействии внешнего переменного магнитного поля.

Ранее ученые сообщили о возможности выращивать костную ткань.

Фото: образец скэффолда. Источник: ТПУ.