В Томском политехническом университете в содружестве с ведущими зарубежными учеными был создан уникальный пористый каркас — скэффолд на основе титано-ниобиевого сплава Ti-Nb. Использование такого перспективного материала в качестве основы для имплантатов позволяет эффективно имитировать структуру и физико-механические свойства натуральной кости, а современные биоактивные покрытия повышают совместимость с организмом человека. Над этим амбициозным проектом трудятся специалисты под руководством Марии Сурменевой, а ключевыми участниками также являются Мария Козадаева и Ирина Грубова.
Актуальные вызовы в восстановлении костной ткани
Несмотря на значительный прогресс медицины и инженерии, восстановление обширных дефектов костей всё ещё остаётся серьезной задачей для травматологов и ортопедов. Главной сложностью при имплантации традиционных материалов становится несоответствие модуля упругости между металлическим имплантатом и живой костной тканью. Когда искусственная конструкция оказывается слишком жесткой, основная нагрузка приходится на нее, а родная кость постепенно теряет свои свойства — этот эффект получил название «экранирование напряжений», и он может приводить к постепенному разрушению ткани вокруг импланта и необходимости повторных операций.
Современные скэффолды: путь к новой медицине
Разработанный коллективом Томского политеха скэффолд из сплава Ti-Nb имеет сложную и тщательно выверенную топологию, успешно повторяющую пористую архитектуру натуральной костной ткани. Инженеры применили современные технологии 3D-печати, чтобы добиться целевого распределения пор и каналов, способствуя проникновению и росту новых клеток, прорастанию сосудов и восстановлению поврежденной кости. Важной инновацией стало нанесение на всю поверхность конструкции наноструктурированного биоактивного покрытия, созданного с помощью высокочастотного магнетронного распыления.
«Подобное покрытие не только защищает скэффолд от коррозии, но и обеспечивает необходимую среду для быстрого приживления импланта. Мы особое внимание уделили созданию текстурированной поверхности, которая способствует адгезии и росту костных клеток», — рассказывает Мария Сурменева, ведущий исследователь проекта.
Роль биоактивного покрытия в Ti-Nb скэффолдах
На первом этапе работы специалисты исследовали свойства сплава Ti-Nb, нанося биоактивное покрытие на плоские тестовые образцы. Такой подход позволил детально изучить микроструктуру и морфологию поверхности, проанализировать кристаллическую решетку и определить химический состав материалов. Также была проверена смачиваемость и устойчивость к воздействию биологических жидкостей.
«Проведенные тесты продемонстрировали, что нанесенное покрытие значительно улучшает стойкость материала к коррозии. Это крайне важно для медицинских изделий, находящихся в агрессивных средах организма в течение долгого времени», — подчеркивает Мария Козадаева, соавтор исследования.
Впечатляющие результаты биологических испытаний
Были изготовлены трёхмерные скэффолды, на которые также нанесли инновационное покрытие, после чего все образцы прошли серию биологических испытаний in vitro. В экспериментах ученые выяснили, что увеличение содержания ниобия в сплаве приводит к существенному увеличению пролиферативной активности клеток. Особенно яркий эффект проявился у образцов с содержанием ниобия 56%; эти скэффолды максимально стимулировали накопление кальция и выработку коллагена, что говорит о высоком уровне остеоиндукции, то есть способности материала инициировать рост новой кости.
Ирина Грубова, старший научный сотрудник, объясняет: «Полученные данные доказывают перспективность нашей разработки для применения не только в замещении дефектов, но и в регенеративной медицине. Такой подход открывает большие возможности для эффективного лечения сложных случаев травм и заболеваний костей».
Международное научное сотрудничество и будущее проекта
В проекте участвовали специалисты Томского политехнического университета и ведущие ученые из Румынии, Греции, Германии и Швеции. Такое объединение опыта и знаний значительно расширило границы исследования, позволив детально изучить перспективы Ti-Nb сплавов для медицинского применения.
Проект выполняется при поддержке Российского научного фонда, что подчеркивает высокую значимость инновационных материалов и технологий для отечественной науки.
Новые горизонты имплантологии: планы исследовательской группы
Следующим этапом станет разработка и тестирование биоактивных покрытий с новым химическим составом. Главная задача исследователей — сделать имплантаты еще более безопасными, надежными и способными к быстрому срастанию с тканями организма. Уже сегодня коллаборация под руководством Марии Сурменевой, с активным участием Марии Козадаевой и Ирины Грубовой, позволяет говорить о прорыве в области материаловедения и биомедицинской инженерии. Всё это открывает реальные перспективы для создания имплантатов следующего поколения, способствующих быстрому и качественному восстановлению костной ткани, улучшая жизнь тысячам людей по всему миру.
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
