В России создали новый биоматериал для протезов

Коллектив исследователей из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) представил разработку и первые образцы принципиально нового типа биоматериалов, предназначенных для создания тазобедренных имплантатов. Ученые подчеркнули, что характеристики созданного ими материала чрезвычайно близки к параметрам человеческой костной ткани.

Специалисты разъяснили, что традиционные имплантаты для тазобедренного сустава обычно изготавливаются из биосовместимых металлов, таких как титановые сплавы. Эти сплавы характеризуются положительным значением коэффициента Пуассона, что означает их поперечное расширение при продольном сжатии. В условиях механической нагрузки, например, при изгибе, одна сторона такого эндопротеза испытывает сжатие, а другая — растяжение. Вследствие этого, одна его поверхность постоянно давит на кость, в то время как противоположная отходит от нее. Такое поведение создает предпосылки для повреждения на границе контакта кости и имплантата. Кроме того, микрочастицы, образующиеся в результате износа, способны проникать в зазор между имплантатом и костью, провоцируя иммунный ответ организма. Нередко это заканчивается воспалительным процессом и последующим отторжением всей конструкции.

В качестве решения этой проблемы ученые СПбПУ предложили использовать мета-биоматериал, обладающий отрицательным коэффициентом Пуассона (со значениями -0,09 и -0,003). Эдуард Фарбер, инженер лаборатории "Синтез новых материалов и конструкций", пояснил, что такой материал демонстрирует уникальное поведение: при продольном растяжении он увеличивается в поперечных размерах, а при продольном сжатии, наоборот, сужается. По его мнению, данное свойство позволит имплантату механически стимулировать рост костной ткани и предотвращать ее отслоение и развитие воспалительных явлений.

Исследователь также отметил, что они целенаправленно спроектировали материал с особой внутренней архитектурой, которая обеспечивает ему редкое и нетипичное сочетание механических, физических и биологических свойств. Он акцентировал внимание на том, что разрабатываемый композит по своей жесткости (модулю упругости) сопоставим с губчатой (трабекулярной) костной тканью и, к тому же, имеет поры различных размеров.

Представители университета сообщили о возможности применения данного биоматериала и для других видов имплантатов в будущем. На текущий момент научная группа Политеха уже изготовила опытные образцы изделий нового типа. Были проведены компьютерное моделирование и серия испытаний для всесторонней оценки свойств этих материалов. Эдуард Фарбер также уточнил, что прототипы были созданы с использованием метода селективного лазерного плавления. Эта аддитивная технология позволяет послойно формировать изделия сложной геометрической формы путем нанесения слоя металлического порошка или сплава на специальную подложку и последующего его спекания лазерным лучом.