Разработан имплантат, повторяющий структуру кости

Ученые НИТУ «МИСиС» первыми в мире разработали инновационный гибридный костный имплантат, сердцевина которого выполнена из пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а оболочка – из полиэфирэфиркетона. Благодаря совмещению свойств двух полимеров, удалось создать имплантат, который имитирует структуру кости и дополнительно укрепляется для повышения прочности и упругости. Кроме того, за счет снижения расхода материала, стоимость такого имплантата будет ниже, чем у аналогов. Статья о результатах исследования опубликована в журнале Materials Letters.

Разработан имплантат, повторяющий структуру кости



Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) и полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) – одни из наиболее часто используемых в ортопедии материалов. Каждый из них отличается определенным набором свойств, а выбор материала основывается, главным образом, на том, какой именно костный дефект требуется устранить. Так, СВМПЭ традиционно используется при эндопротезировании суставов, а ПЭЭК за счет его большей прочности, в основном, используют в спинальной хирургии. При этом ПЭЭК – довольно дорогой материал, поэтому его в принципе используют реже, чем СВМПЭ.

Научный коллектив из Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» применил ранее разработанную технологию формирования пористых биомиметических материалов и провел экспериментальный сравнительный анализ механических свойств модифицированных СВМПЭ и ПЭЭК, а по итогам предложил принципиально новый гибридный материал, совмещающий полезные свойства обоих полимеров.

Разработан имплантат, повторяющий структуру кости

«Со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом мы работаем уже довольно давно, комментирует руководитель группы, научный сотрудник Центра, к.ф-м.н. Фёдор Сенатов.А с полиэфирэфиркетоном начали относительно недавно. Поскольку при работе со СВМПЭ нам особенно интересно было повторить в имплантатах родную губчатую структуру кости, аналогичную структуру мы решили попробовать воссоздать и в ПЭЭК. Далее мы протестировали и сравнили механические свойства материалов на сжатие».

Однако высокая твердость ПЭЭК отрицательно сказалась на пористой модификации материала: хотя ПЭЭК хорошо выдержал испытания на сжатие, выяснилось, что при резке (а во время установки имплантата хирургу требуется «подгонять» его под края дефекта) он начинает крошиться. Попадание крошки материала в область имплантации недопустимо, поэтому ученые решили попробовать создать гибрид, который бы сохранил только полезные свойства обоих полимеров. Это особенно интересно и с точки зрения имитации строения самой кости, ведь в сердцевине (трабекулярной части) она как раз мягче, а на поверхности (кортикальная часть) –жестче.

«Мы создали двухкомпонентный цилиндрический имплантат трубчатой кости, сердцевина которого – более мягкий пористый СВМПЭ, а оболочка – твердый ПЭЭК, – рассказывает соавтор работы, студент 4-го курса и сотрудник Центра, Александр Чубрик.Испытания механической прочности имплантата показали, что как пористая сердцевина, так и внешняя оболочка по своим характеристикам практически полностью соответствуют обычной человеческой кости –трабекулярная кость имеет прочность от 0,001 ГПа в 0,002 ГПа, а пористый СВМПЭ – около 0,002 ГПа; кортикальная кость выдерживает в среднем около 11 ГПа, а сплошной ПЭЭК – 9 ГПа».

Помимо того, что характеристики такого имплантата близки к показателям обыкновенной человеческой кости, не стоит забывать и про главное преимущество структуры: пористая часть позволит кости «прорастать» в имплантат. Это означает, со временем фиксирующие пластины можно будет снимать, и имплантат уже будет «сидеть» как родной. Кроме того, благодаря тому, что расход полиэфирэфиркетона снизится, такие имплантаты будут более доступны по цене.



Разработан имплантат, повторяющий структуру кости

Сейчас ученые продолжают исследование сразу в двух направлениях: проводят испытания гибридного материала in vivo, а также работают над присоединением к поверхности имплантата биокерамики для ускорения регенерации на замещенном участке кости.







Поделись!


×