Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) разработали костный имплантат с эффектом памяти формы, который активируется при температуре человеческого тела. Это позволяет вводить его через минимальный разрез, после чего он самостоятельно принимает нужную форму, точно заполняя дефект кости и делая операцию менее травматичной.
Полимерный каркас (скаффолд) создан с помощью 3D-печати на основе биосовместимых материалов. Его уникальная пористая структура и состав позволяют «запомнить» исходную форму и восстановить ее с точностью 97% всего за шесть минут при контакте с теплом тела.
«По выдвинутой гипотезе биодеградируемый скаффолд изготавливают по форме дефекта кости. Затем его нагревают, сжимают и охлаждают в таком виде, чтобы получить временную компактную форму. Во время операции через небольшой разрез хирург вводит скаффолд в целевую область. При нагреве до температуры тела скаффолд „вспоминает“ свою исходную форму и расширяется, точно заполняя дефект. Это обеспечивает плотное прилегание к кости без необходимости механической подгонки хирургом во время операции и делает медицинское вмешательство менее травматичным для пациента. Для ускорения процесса в клинических условиях может применяться дополнительный локальный мягкий нагрев», — рассказала соавтор исследования Анастасия Фетисова.
Ученым удалось решить основную проблему — снизить температуру, при которой материал «вспоминает» форму, до безопасного для тела уровня. Ранее большинство исследований проводилось при более высоких температурах, поскольку чистый полилактид демонстрирует эффект памяти формы выше 60 °C. Несмотря на эффективность такого нагрева для восстановления формы, он неприемлем для контакта с живыми тканями из-за риска их повреждения.
Дальнейшие исследования будут направлены на изучение механических и усталостных характеристик скаффолдов в условиях, имитирующих нагрузки, характерные для костной ткани, а также на проведение доклинических испытаний. Это позволит определить оптимальные состав и структуру скаффолдов, обеспечивающие сочетание высокого эффекта памяти формы, механической прочности и биосовместимости.
В исследованиях принимали участие сотрудники научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы», международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы», Института физики прочности и материаловедения СО РАН.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Polymers (Q1, IF: 4,9).
Исследование выполнено в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
