2020/07/24 19:12:47

Полимеры в медицине


2020: Команда студентов МИСиС представила проект по разработке саморастворяющегося материала для костной имплантации

23 июля 2020 года стало известно о том, что команда студентов НИТУ «МИСиС» представила проект по разработке саморастворяющегося материала для костной имплантации. Комбинация свойств различных полимеров в сочетании с минеральной добавкой позволит создавать имплантаты, принимающих на себя нагрузку и позволяющих активно расти собственной кости пациента. Выполнив свою функцию, материалы будут постепенно и без побочных эффектов растворяться в организме.

Команда студентов НИТУ «МИСиС» представила проект по разработке саморастворяющегося материала для костной имплантации

Как сообщалось, на июль 2020 года для замещения костных дефектов используется три типа материалов: металлы, керамика и полимеры. При этом металлы склонны принимать на себя слишком много нагрузки, что ведет к охрупчиванию кости, а керамика сама по себе довольно хрупкая и дорогая. Полимеры – оптимальный вариант: они ближе всего к натуральной кости по твердости и прочностным характеристикам. Кроме того, их структуру можно модифицировать – например, формировать поры, как в средней части настоящей кости.

Команда студентов НИТУ «МИСиС» представила проект по разработке саморастворяющегося материала для костной имплантации

Однако любое инородное тело, даже биосовместимый полимер, в любом случае остается инородным для человеческого организма. В случае небольших костных дефектов наиболее подходящим был бы имплантат, постепенно растворяющийся и уступающий место растущей кости – по аналогии с саморассасывающимися шовными материалами. Разработкой именно таких материалов для имплантатов – полимерных и биорезорбируемых – занимается команда студентов НИТУ «МИСиС».

За основу молодые ученые взяли два полимера из группы полигидроксиалкоанатов – полигидроксибутират (ПГБ) и полигидроксивалерат (ПГВ). Эти материалы выращивают с использованием бактерий, и еще несколько лет назад такое производство было крайне дорогостоящим. На июль 2020 года технологии усовершенствовались, материалы подешевели, и они стали расцениваться как перспективные для имплантации.

Команда студентов НИТУ «МИСиС» представила проект по разработке саморастворяющегося материала для костной имплантации

Совместив достоинства ПГБ и ПГВ, исследователи планируют получить необходимый полимер. ПГБ прочный, твердый, но довольно хрупкий, то есть он выдерживает высокие давления, его трудно поцарапать, но при этом легко сломать пополам. ПГВ эластичный, но непрочный, не выдерживает длительные высокие нагрузки.

«
Наша задача – провести некую селекцию свойств обоих полимеров. Мы подготавливаем смеси порошков различного состава, изготавливаем образцы методом термопрессования и 3D-печати, и затем измеряем важные для нас характеристик.

один из разработчиков, студент 2-го курса программы iPhD «Биоматериаловедение» и сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС»
»

Для имитации структуры кости в смесь добавляется сферическая пищевая соль – ее кристаллы практически идентичны по размеру костным порам. Затем соль без труда удаляется вымачиванием.

Последний, но не менее важный компонент – гидроксиапатит – минерал, из которого на 50-70% состоит натуральная кость. Этот минерал также добавляется в смесь порошков – чтобы остеобласты (костные клетки) «чувствовали» себя комфортнее и быстрее размножались внутри имплантата.

Таким образом, команда создаст образцы биосовместимых полимерных костных имплантатов, которые будут растворяться со временем, уступая место натуральной кости.