Ученые Пермского Политеха разработали биосовместимые ячеистые имплантаты челюстно-лицевых костей. Изделия из титанового сплава созданы с помощью лазерного плавления и по свойствам максимально повторяют костную ткань человека. Живые клетки прорастают в ячейки в 2-3 раза быстрее, чем у аналогов с более плотной структурой.

Результаты работы исследователи опубликовали в трех научных журналах. «Титановые сплавы часто применяют в области биомедицины. Имплантаты на их основе обладают высокой прочностью, низкой жесткостью и необходимой макропористостью. Именно это свойство обеспечивает то, что костные клетки и сосуды эффективно прорастают в изделие.

Титановые сплавы не отторгаются организмом и не подвержены коррозии, поэтому с помощью имплантатов из них можно быстро восстановить дефекты костных тканей. Однако пока не изучено их поведение в реальных условиях человеческого организма», – рассказывает автор разработки, старший преподаватель кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Пермского Политеха Полина Килина.

Пермские ученые провели комплексное исследование: они спроектировали геометрию имплантата, разработали технологию его создания и задали необходимые физико-механические свойства. Конструкции с ячейками диаметром 2‒3 миллиметра и макропористостью 90-97 процентов обеспечили ту же прочность и модуль упругости, как у костной ткани. Клинические испытания на лабораторных животных позволили оценить, насколько быстро имплантат «заселили» живые клетки.

Высокопористый ячеистый материал с диаметром ячейки 2 мм и перемычки диаметром 0,2 мм
Высокопористый ячеистый материал с диаметром ячейки 2 мм и перемычки диаметром 0,2 мм

«С помощью 3D-моделирования и лазерного плавления мы разработали имплантаты из титанового сплава Ti6Al4V. Геометрическая форма с ячейками обеспечивает ускоренное прорастание костной ткани в изделие и надежно его фиксирует. По сравнению с аналогами с мелкопористой структурой, восстановление костной ткани с нашим имплантатом происходит в 2‒3 раза быстрее», – поясняет исследователь.

Ячеистая структура, полученная методом селективного лазерного плавления
Ячеистая структура, полученная методом селективного лазерного плавления

Такого эффекта позволила достичь макропористость изделия. «Сцепление» также обеспечили специальные частицы на поверхности имплантата, которые увеличили площадь контакта живых клеток и конструкции. Размер пор позволил сформироваться сети кровеносных сосудов, которая снабжает костные ткани питательными веществами.

3D-модель конструкции челюстного имплантата для замещения дефектов после удаления околокорневых кист
3D-модель конструкции челюстного имплантата для замещения дефектов после удаления околокорневых кист

Клинические испытания на животных провели в лаборатории кафедры челюстно-лицевой хирургии ПГМУ имени Е. А. Вагнера. Ученые выяснили, что активное прорастание тканей в ячейки началось уже через две недели, а полное приживление конструкций произошло через 4‒9 месяцев. В дальнейшем исследователи планируют провести клинические испытания по вживлению имплантатов людям.