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 / ©Пресс-служба ПНИПУ

«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 / ©Пресс-служба ПНИПУ

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 / ©Пресс-служба ПНИПУ

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.