Ученые работают над 3D-принтером для печати костных имплантатов

Об этом проекте СМИ уже рассказывали весной. Новая разработка позволит заполнять пустоты в костях человека материалом на основе минерала гидроксиапатита, который на время заменит живую ткань, даст толчок к развитию собственных клеток, а затем растворится, оставив после себя зажившую полость. 

Что происходит с проектом спустя год? Наталья Булина, старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, рассказала о ходе работ. 

Несмотря на сложности, связанные с коронавирусом, ученые добились впечатляющих результатов. Уже проведены in vitro и in vivo биологические испытания апатитов с разными составами. Исследования проходили параллельно: пока в НИОХ СО РАН в дефекты черепа крыс имплантировали порошок, в Векторе изучали действие тех же веществ на клетки костной ткани человека. В ходе экспериментов ученые определили состав апатита, который наиболее эффективен как “в пробирке”, так и на живых организмах — стимулирует образование новой костной ткани и ускоряет вживление имплантируемого материала. При этом родные клетки костной ткани человека не умирают, а активно размножаются.

Планируется, что разрабатываемый 3D-принтер будет печатать по технологии селективного лазерного плавления, поэтому ученые проверили действие лазерного излучения на полученный состав апатита. Выяснилось, что при плавлении порошка вещество не разрушается, и, пока имплантат будет печататься, он не потеряет свои лечащие свойства.

Успешным завершением этого этапа работ стала публикация результатов исследований в журнале Ceramics International.

ИАиЭ СО РАН — еще один исполнитель проекта вместе с ИХТТМ СО РАН — разработал программное обеспечение и модуль управления основными узлами создаваемого макета 3D-принтера. В этом году ученые будут разрабатывать блок послойной печати – последовательное нанесение слоев гидроксиапатита друг на друга.

В медицине уже применяются имплантаты из титана, печатаемые на 3D-принтере. Они используются в челюстно-лицевой хирургии, травматологии, ортопедии, онкологии. Эти инородные для человеческого организма изделия фиксируются в дефектах кости с помощью винтов и остаются в организме навсегда. В ИХТТМ преследуют другую цель - материал, из которого будет напечатано изделие, со временем растворится в организме человека и превратится в собственную кость.

— Гидроксиапатит является источником фосфора и кальция, из которых потом и формируется наша костная ткань. А добавки, вводимые в структуру гидроксиапатита в малой концентрации, необходимы для ускорения процесса перерождения имплантата в родную костную ткань, — поясняет Наталья Булина.

Такой материал подойдет для восстановления небольших костных дефектов, не несущих сильной нагрузки, — в основном это челюстно-лицевая хирургия. Кроме того, им можно заполнять полости и трещины в костях после тяжелых заболеваний и травм. Печатаемые изделия будут индивидуальными: они должны проектироваться из данных томографии конкретного человека.

Наталья считает, что для эффективного внедрения синтезируемого гидроксиапатита между специалистом по синтезу и врачом должно быть промежуточное звено, которое будет модернизировать полученный материал под определенную медицинскую задачу и сможет работать индивидуально с каждым конкретным случаем:

 — На сегодняшний день мы разработали технологию получения так называемого сырья и можем дать его, а сделать из него готовую медицинскую продукцию под конкретную медицинскую проблему можно только с непосредственным участием медиков. Кроме того, эту медицинскую продукцию необходимо испытывать на живых организмах, а это длительные испытания, от месяца до года. Поэтому внедрение синтезируемого нами гидроксиапатита — это небыстрый процесс.

Ученые надеются, что разрабатываемая модель 3D-принтера будет востребована на рынке, а проводимые исследования расширят возможности по применению синтетического гидроксиапатита в медицине.