Исследователи из ETH Zurich разработали новый тип костного имплантата – мягкий гидрогель, который можно печатать лазером с высокой точностью. Материал имитирует естественный процесс заживления кости и в будущем может стать альтернативой металлическим имплантатам и костным трансплантатам.
Современные методы восстановления костей обычно предполагают использование либо собственной костной ткани пациента, что требует дополнительной операции, либо металлических и керамических имплантатов. Однако такие материалы значительно жестче естественной кости и со временем могут расшатываться, снижая стабильность.
Новый материал представляет собой гидрогель, на 97% состоящий из воды и на 3% – из биосовместимого полимера. Он повторяет раннюю фазу заживления кости, когда на месте перелома сначала формируется мягкая структура, в которую проникают иммунные и регенеративные клетки. Со временем эта временная “матрица” постепенно превращается в полноценную костную ткань.
Для создания имплантатов ученые используют лазерную печать, позволяющую формировать сложные структуры с деталями до 500 нанометров – тоньше человеческого волоса. Скорость печати достигает 400 миллиметров в секунду, что исследователи называют мировым рекордом для подобных материалов.
С помощью этой технологии команда смогла воспроизвести сложную внутреннюю структуру кости – сеть микроскопических перекладин (трабекул), обеспечивающих ее прочность. В лабораторных экспериментах клетки, формирующие костную ткань, быстро заселяли гидрогель и начинали вырабатывать коллаген – ключевой компонент кости.
Пока технология протестирована только в лаборатории. Следующим этапом станут испытания на животных, которые помогут выяснить, сможет ли материал поддерживать рост костной ткани и восстанавливать ее прочность в организме.
Если разработка окажется успешной, гидрогелевые имплантаты могут позволить создавать индивидуальные костные конструкции для каждого пациента, постепенно растворяющиеся в организме по мере восстановления кости.
