При серьезных переломах или после удаления костных опухолей хирурги часто используют имплантаты. Традиционные решения имеют недостатки: металлические конструкции со временем могут расшатываться из-за излишней жесткости, а для забора собственной ткани пациента нередко требуется дополнительная операция. Кость — сложный орган с разветвленной сетью полостей, и для успешного восстановления биологические процессы должны быть частью этого процесса.
Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством профессора Сяо-Хуа Циня и профессора Ральфа Мюллера предложили решение, основанное на природных механизмах. В естественных условиях заживление кости начинается с мягкой гематомы, которая служит каркасом для клеток. Созданный ими гидрогель на 97% состоит из воды и на 3% из биосовместимого полимера. С помощью специальной молекулы и лазера материал можно структурировать, создавая точные формы.
Исследователи могут использовать лазерный луч для нанесения любых структур на гидрогель с высоким разрешением и точностью. Размер элементов может достигать 500 нанометров. «Гидрогели напоминают желе, поэтому их трудно формовать, — комментирует профессор Сяо-Хуа Цинь. — Благодаря разработанной нами новой соединительной молекуле мы теперь можем структурировать гидрогель стабильным образом с высокой скоростью — до 400 миллиметров в секунду. Это новый мировой рекорд».
В своем исследовании ученые создали структурированные гидрогели, напоминающие настоящую кость с ее сетью каналов. Для сравнения: в кости размером с игральную кость содержится 74 километра таких туннелей. Материал уже протестирован в лаборатории: клетки, формирующие костную ткань, колонизируют гидрогель и начинают вырабатывать коллаген. Тесты подтвердили биосовместимость материала. Исследователи запатентовали разработку и планируют сделать ее доступной для медицинской промышленности. Следующий этап — испытания на животных в сотрудничестве с Научно-исследовательским институтом AO в Давосе для проверки эффективности материала в живых организмах.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России нашли способ улучшить костные имплантаты за один этап.
