Срочные новости раздела
Испытан сплав железа и кремния для сращивания переломов

Испытан сплав железа и кремния для сращивания переломов

Научная группа из Сколтеха и Сеченовского университета напечатала на 3D-принтере образцы из пористого сплава железа и кремния — создатели считают этот материал перспективным для дизайна костных имплантов, сращивающих переломы. Результаты исследования свидетельствуют, что полученные образцы малотоксичны, прочны, биоразлагаемы и на них может формироваться костная ткань.

Чтобы залечить серьёзный перелом, на место дефекта устанавливают особые импланты, которые способствуют восстановлению кости. Они служат своего рода каркасом, который постепенно зарастает костной тканью. В идеале, к тому времени, как имплант выполнит свою задачу, он должен раствориться в теле — тогда не понадобится операция по его извлечению. Как раз для этого и подойдёт, по мнению его создателей, новый сплав железа и кремния.

Материалы для подобных имплантов должны соответствовать ряду требований. Они должны быть прочными, как кость, и пористыми — чтобы было пространство для формирования новой ткани. Кроме того, подходящий материал должен быть биосовместимым и биоразлагаемым. То есть он, с одной стороны, принимается организмом пациента, с другой стороны — естественным образом растворяется; но не слишком быстро, чтобы биологическая кость успевала вырасти. Притом продукты разложения не должны быть токсичны.

«Часто используются сплавы железа, потому что этот металл не воспринимается организмом как чужеродный и разлагается примерно за такое время, как нужно; и в то же время в чистом виде железо слишком мягкое. Наш коллектив материаловедов уже работал со сплавами железа и кремния, и мы подумали, что стоит их рассмотреть в контексте имплантов, ведь известно, что кремний тоже биосовместим, нетоксичен, хорошо усваивается и выводится организмом», — рассказывает первый автор исследования, младший научный сотрудник Сколтеха Юлия Бондарева.

«Мы изготовили пористые образцы из сплава железа и кремния на 3D-принтере из порошка. Напечатанные образцы имели произвольный дизайн, подходящий для комплексного исследования их механических и биологических свойств. В дальнейшем планируется изготовление образцов имплантов анатомической формы для исследований непосредственно в организме животных», — пояснил руководитель исследования Станислав Евлашин.

Коллектив исследовал механические свойства сплава, чтобы проверить, насколько хорошо образцы выдерживают сжатие и растяжение по сравнению с чистым железом и другими сплавами этого металла, популярными в имплантологии. Выяснилось, что новый сплав по своим характеристикам превосходит рассмотренные аналоги. «Вдобавок мы показали, что сделанные из него импланты действительно будут разлагаться организмом за нужное время», — добавила Бондарева.

«Кроме того, мы картировали элементный состав образцов, — продолжил Евлашин. — Порошок, который загружается в 3D-принтер, содержит железо и кремний в определённом соотношении, плюс при высокой температуре лазерной печати всегда в какой-то мере идёт окисление. Чтобы убедиться, что механические свойства не меняются от одного участка образца к другому, мы подтвердили, что соотношение между двумя основными элементами — и кислородом тоже — правильное и оно неизменно по всему образцу».

Синтез материала и проверка механических свойств были проведены в Сколтехе, после чего образцы отправились в Сеченовский университет, где они прошли испытания с живыми клетками в физиологическом растворе. Мышиные фибробласты и клетки, полученные из пуповины человека, продемонстрировали хорошую спайку, то есть прочно пристали к каркасу из сплава. При помощи микроскопа удалось подтвердить, что выжило примерно 70% клеток, что говорит о достаточно умеренной токсичности материала — она связана с образованием гидроксида и хлорида железа при разложении. Важно отметить, что на образце наблюдалось отложение фосфата кальция — значит, на импланте будет расти костная ткань.

Наряду с железосодержащими в качестве материалов для биоразлагаемых имплантов изучаются также сплавы магния и цинка. Однако из-за различий в свойствах можно ожидать, что они не займут в точности ту же нишу, что их аналоги на основе железа. Последние могут, в частности, наилучшим образом подойти для ортопедии и травматологии, где свойства нового сплава железа и кремния будут особенно ценны.

Один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Сеченовского университета и сотрудник МГУ Анастасия Шпичка, прокомментировала работу: «Такие материалы востребованы, в частности, у ортопедов-травматологов. Имплант из сплава железа и кремния может иметь механические свойства, сравнимые с теми, которыми обладают коммерческие аналоги, однако он способен резорбироваться. В месте имплантации постепенно формируется новая ткань, замещающая имплант, и наступает момент, когда его не остаётся».

Статья опубликована в журнале Biomedical Materials   Источник: skoltech.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Зоологического института РАН впервые в России обнаружили четыре новых вида тихоходок — микроскопических беспозвоночных, отличающихся своими
подробнее...

При иммунном ответе на раковые клетки Т-киллеры активируются по принципиально иному механизму, чем при ответе на инфекционные агенты. К такому выводу пришли американские биологи, проанализировав
подробнее...

Американские исследователи обнаружили, что уровень натрия в крови у верхней границы нормы — показатель недостаточного потребления жидкости — связан с ранним физическим старением, развитием хронических
подробнее...

Первая в мире вакцина для медоносных пчел была одобрена для использования Министерством сельского хозяйства США. Препарат будут получать с кормом пчелиные матки и передавать устойчивость к болезни
подробнее...

Американские ученые научили Lactobacillus reuteri синтезировать блокатор калиевых каналов лимфоцитов, который способен снижать пролиферацию эффекторных T-клеток памяти и, как следствие, воспаление.
подробнее...

Сотрудники биологического факультета и НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ с коллегами детально изучили факторы, приводящие к хромосомным транслокациям – переносам участков
подробнее...

Российские химики создали молекулярные конструкции на основе органического вещества глутаримида, которые позволяют отправить на разрушение белки, необходимые для деления и роста опухолевых клеток.
подробнее...

Физики из Национальной лаборатории в Брукхейвене (Brookhaven National Laboratory, BNL) открыли совершенно новый тип квантовой запутанности, достаточно известного явления, связывающего квантовые
подробнее...

Физики из коллаборации MicroBooNE сообщили о результатах повторного анализа своих измерений в рамках полной модели нейтринных осцилляций, включающей превращения в стерильные нейтрино. Итог их работы
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова совместно с профессором Калифорнийского университета в Беркли Леоном Чуа
подробнее...

Американские физики изготовили классический аналог кубита с нелинейностью. Он представляет собой две стальные сферы, в которых возбуждаются волны упругости. Оказалось, что механические колебания в
подробнее...

Палеонтологи описали новый род и вид длиннохвостого пахиплеврозавра по полному скелету, найденному в Китае. Хвост этого животного превышал длину его тела. Окаменелый скелет был обнаружен в 2021 году в
подробнее...

Коллектив ученых Санкт-Петербургского государственного университета и Омского научного центра Сибирского отделения РАН создал композитный материал из многослойных углеродных нанотрубок, оксида
подробнее...

Американские нейробиологи обнаружили четвертую оболочку головного мозга. Тонкая мембрана находится между средней и внутренней менингеальными оболочками, непроницаема для крупных молекул и активно
подробнее...

В 2020 году ученые из ВНИИ животноводства им. Л. К. Эрнста, Сколтеха, МГУ и их коллеги получили первого в России жизнеспособного клонированного теленка, самку назвали Цветочек (по названию клеточной
подробнее...

Российские ученые провели межвидовой анализ экспрессии генов головного мозга у рыбок данио, крыс и людей, чтобы идентифицировать новые общие молекулярные мишени для терапии аффективных расстройств
подробнее...

Бразильские генетики изучили эволюцию генов, которая сделала китообразных гигантами. Они обнаружили гены, которые отбирались из поколения в поколение, и помогли не только достичь огромных размеров, но
подробнее...

Учёные из Сколковского института науки и технологий, Института астрофизики им. Лейбница (Германия), Грацского университета Карла и Франца и Обсерватории Канцельхоэ (Австрия), Загребского университета
подробнее...