Костная ткань человека идеально адаптирована к нагрузкам за счет своей сложной пористой структуры. Однако при серьезных травмах она не всегда способна к регенерации, что требует замены участка имплантатом. Сделать такую замену равной оригиналу сложно — искусственная кость должна быть прочной, как настоящая, и одновременно пористой, чтобы в нее могли прорастать клетки и сосуды.
Современные технологии дают прочность, но теряют биосовместимость. 3D-моделирование позволяет воспроизвести сложную геометрию, но такие структуры не выдерживают нагрузок. В результате имплантаты часто не приживаются, а пациентам приходится идти на повторные операции.
В Пермском Политехе создали «цифровой конструктор» — программу, которая проектирует искусственные кости, точно повторяющие природную архитектуру. Алгоритм анализирует данные компьютерной томографии, определяет толщину перегородок и пористость, а затем подбирает оптимальную форму и плотность структуры. Получается цифровая копия кости, рассчитанная под конкретного человека.
Инженеры протестировали три типа моделей — гироидную, алмазную и примитивную. При толщине перегородок 0,53 мм и пористости 55,2% конструкция показала прочность, сравнимую с натуральной костью. Виртуальные испытания под давлением и кручением подтвердили, что такая структура выдерживает нагрузку и создает условия для роста новых тканей.
Программу можно настраивать под особенности пациента — менять форму и размер пор, плотность и толщину перегородок. Это снижает риск отторжения и устраняет эффект, когда имплантат берет на себя всю нагрузку, а соседние участки кости постепенно ослабевают.
Разработка готова к доклиническим испытаниям. Она основана на доступных промышленных компонентах и проверенных методах 3D-печати, что делает ее экономически реальной для внедрения.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что магний может заменить дорогостоящий белок при сращивании костей.
