Исследователи Пермского политеха изучили поведение 3D-печатных биоразлагаемых имплантатов в условиях, близких к физиологическим

 

Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета провели серию экспериментов по анализу характеристик 3D-печатных биоразлагаемых имплантатов в моделируемых физиологических средах. Полученные данные позволят разрабатывать более надежные и безопасные конструкции для восстановления костной ткани без необходимости проведения повторных операций, сообщает пресс-служба ПНИПУ. 

Трансплантация костных фрагментов — одна из самых распространенных операций в мировой медицинской практике, уступающая лишь установке суставных эндопротезов. Современным направлением в этом направлении считается регенеративная медицина, использующая для восстановления костей биоразлагаемые полимерные каркасы — скаффолды. Подобные структуры активно применяются в травматологии, ортопедии, хирургии, стоматологии и нейроонкологии. После имплантации такие каркасы вступают во взаимодействие с тканями организма и постепенно разрушаются. От структуры материала и особенностей его деградации зависит эффективность регенерации. 

Развитие аддитивных технологий дало возможность создавать индивидуализированные имплантаты с высокой точностью и биосовместимостью. Полимерные материалы при этом занимают особое место, так как они одновременно прочны, безопасны и способны естественным образом растворяться в организме. 

Пористые полимерные каркасы — скаффолды — поддерживают ткани и способствуют ускоренному росту костной структуры. После установки в организм на их поверхности постепенно формируется новая костная ткань, а сам материал имплантата деградирует. Для успешного заживления важно, чтобы разрушение конструкции происходило синхронно с восстановлением кости. 

Скорость деградации зависит не только от состава полимера, но и от геометрии конструкции и действующих нагрузок. Так как архитектура имплантатов подбирается под конкретного пациента, важно уметь прогнозировать процесс разложения еще на этапе цифрового проектирования. 

Исследователи ПНИПУ совместно с учеными Донского государственного технического университета провели испытания цельных образцов и 3D-печатных прототипов скаффолдов из полимерных материалов. Образцы помещали в жидкие среды при разных температурах — от 37 до 45 °C — и выдерживали от трех суток до двух недель, моделируя поведение имплантата внутри организма. По данным микрокомпьютерной томографии, уже на ранних стадиях эксперимента фиксировалась эрозия поверхности, что указывает на начало процессов деградации. Ученые отметили, что в реальных условиях распад конструкций будет происходить быстрее из-за циркуляции жидкостей в теле человека. 

«При температуре 37 °C прочность цельных образцов снизилась примерно на 16 %, а у скаффолдов — всего на 4 %. При увеличении температуры до 45 °C значения составили 47 % и 16 % соответственно. Это демонстрирует, что механическая устойчивость пористых каркасов снижается медленнее за счет влияния их внутренней структуры», — пояснила младший научный сотрудник лаборатории “Механика биосовместимых материалов и устройств” ПНИПУ Наталия Еленская. 

«Полученные результаты позволяют лучше понять механизмы разложения биоразлагаемых материалов и тем самым точнее управлять этим процессом. Это открывает возможности для создания костных имплантатов, сохраняющих прочность в течение всего периода регенерации тканей», — отметил заведующий лабораторией Михаил Ташкинов. 

Исследование выполнено по заданию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Результаты опубликованы в журнале Polymers. 

 
Автор: teleport3d.com  
© 2025 teleport3d.com