Гиперэластичный биоматериал способствуют регенерации костей

Гиперэластичный материал (HB) можно складывать, резать, скручивать и сжимать. Он заполняет недостающие элементы в костной структуре, причем для этого даже не нужно накладывать швы и использовать клеящие вещества. В основе HB лежит минерал гидроксиапатит — разновидность кальция, которая входит в состав костей и применяется в регенерационной медицине. Минерал обладает шероховатой структурой, но при смешивании с биоразлагаемым полимером он становится гибким.

Напечатанные из HB транспланты легко восстанавливают форму после сжатия и попытки деформирования. Материал также обладает пористой текстурой и впитывающими свойствами. Благодаря этому восстановление кровеносных сосудов после хирургической операции по трансплантации проходит быстрее и эффективнее.

Инженеры создали на основе материала «чернила» для 3D-печати костных каркасов. В смесь можно также добавить антибиотики, факторы роста и другие вещества, которые ускорят регенерацию и сократят риск отторжения.

Ученые напечатали из этого материала костную структуру и провели с ней ряд экспериментов. Оказалось, что если поместить в каркас из HB стволовые клетки человека, то они не только заполнят пустоты в каркасе, но также смогут производить собственные костные ткани. В ходе другого испытания гиперэластичный костный компонент был введен под кожу мыши. Трансплант быстро прижился, не вызвав воспаления и иммунного отклика.

С помощью HB исследователи также смогли соединить два позвонка у крысы, а также заменили часть кости черепа у макаки-резус. В обоих случаях импланты полностью интегрировались в окружающие ткани и вызвали рост кровеносных сосудов и даже новых костей.

Прежде чем технология получит медицинское применение, необходимо будет провести ее масштабное испытание на млекопитающих, а затем и на людях. Этого стоит ожидать не раньше, чем через 5 лет.

Разработка обладает большим потенциалом. Так как HB — это синтетический материал, то его производство обходится дешево. Он не требует сложностей при транспортировке и может храниться в течение года, отмечают ученые. Кроме того, его можно производить в домашних условиях при комнатной температуре. Возможности 3D-печати позволяют адаптировать костный трансплант под каждого отдельного пациента и печатать его в течение суток.

Как сообщает Science Daily, в первую очередь HB-импланты необходимы детям с костными дефектами, так как им, в отличие от взрослых, не подходят металлические импланты.

Разработка ученых из Северо-Западного университета не единственная попытка создать инновационный материал для костных имплантов. Недавно исследователи из Бристольского университета разработали биочернила для печати на 3D-принтере живых тканей, пригодных для имплантации. Чернила состоят из двух видов полимеров: натуральных, полученных из морских водорослей, и синтетических, используемых в медицине. БиоинженерыУниверситета Глазго для запуска регенерации костных тканей использовали полиэтил акрилат — еще одну разновидность полимера.

Перспективными в этой отрасли считаются не только полимеры и минералы, но и графен. Ученые Университета Райса применили плазменно-искровое спекание для сплава хлопьев оксида графена в пористое твердое вещество, которое по механическим и биосовместимым свойствам напоминает титан — стандартный материал для имплантаций.