Российские ученые испытали перспективный сплав для сращивания переломов

Образцы из пористого сплава железа и кремния костных имплантатов, сращивающих переломы, напечатала на 3D-принтере научная группа из Сколтеха и Сеченовского университета, 15 июня сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Сколтеха.

Результаты исследования созданных учеными образцов имплантов были ими обнародованы в статье «Биоразлагаемые железо-кремниевые имплантаты, произведенные аддитивным способом», опубликованной в журнале Biomedical Materials.

Из полученных результатов следует, что каркасы из пористого сплава железа и кремния (Fe-Si), напечатанные на 3D-принтере, являются перспективными структурами для костной пластики и регенерации костной ткани, так как на них хорошо формируется костная ткань, они малотоксичны, прочны и биоразлагаемы.

Для восстановления кости после серьезного перелома на место дефекта устанавливают имплантаты — особые каркасы, на которых постепенно и формируется новая костная ткань.

К моменту полного заращивания перелома желательно, чтобы этот каркас полностью растворился без образования токсичных продуктов разложения, чтобы не возникала необходимость дополнительной операции по его извлечению. Протестированный сплав такому требованию соответствует.

Первый автор статьи, младший научный сотрудник Сколтеха Юлия Бондарева пояснила: «Часто используются (для имплантатов) сплавы железа, потому что этот металл не воспринимается организмом как чужеродный и разлагается примерно за такое время, как нужно; и в то же время в чистом виде железо слишком мягкое. Наш коллектив материаловедов уже работал со сплавами железа и кремния, и мы подумали, что стоит их рассмотреть в контексте имплантов, ведь известно, что кремний тоже биосовместим, нетоксичен, хорошо усваивается и выводится организмом».

Руководитель исследования Станислав Евлашин добавил: «Мы изготовили пористые образцы из сплава железа и кремния на 3D-принтере из порошка. Напечатанные образцы имели произвольный дизайн, подходящий для комплексного исследования их механических и биологических свойств».

Ученые исследовали механические свойства сплава на сжатие и растяжение в сравнении с чистым железом и другими сплавами этого металла, используемыми в имплантологии.

Было установлено, что новый железо-кремниевый сплав по своим характеристикам превосходит рассмотренные аналоги. «Вдобавок мы показали, что сделанные из него импланты действительно будут разлагаться организмом за нужное время», — добавила Бондарева.

Евлашин также рассказал, что исследователи «картировали элементный состав образцов. Порошок, который загружается в 3D-принтер, содержит железо и кремний в определенном соотношении, плюс при высокой температуре лазерной печати всегда в какой-то мере идет окисление. Чтобы убедиться, что механические свойства не меняются от одного участка образца к другому, мы подтвердили, что соотношение между двумя основными элементами — и кислородом тоже — правильное и оно неизменно по всему образцу».

Ученые Сколтеха выполнили синтез материала и проверку механических свойств, а испытания с живыми клетками были проведены в Сеченовском университете. Мышиные фибробласты (клетки соединительной ткани) и клетки, полученные из пуповины человека, помещенные вместе и имплантатом в физиологический раствор, прочно приросли к каркасу из исследуемого сплава.

Исследование подтвердило, что выжило примерно 70% клеток. Это говорит о слабой токсичности материала, которая связана с образованием гидроксида и хлорида железа при разложении. Таже важно, что на образце происходило отложение фосфата кальция — то есть на имплантате будет расти костная ткань.

Полученные результаты исследования показывают, что каркасы из пористого сплава железа и кремния (Fe-Si), напечатанные на 3D-принтере, являются перспективными структурами для костной пластики и регенерации, заключают исследователи в своей статье.

В дальнейшем коллектив намерен продолжить исследования с образцами имплантатов из этого материала, но уже анатомической формы и установленных непосредственно в организмы животных.