Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета представили усовершенствованную компьютерную модель, позволяющую определить, какая внутренняя структура имплантата обеспечит наиболее быстрый и качественный рост костной ткани. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Проблема крупных костных дефектов давно стала глобальной: по данным ВОЗ, заболевания костно-мышечной системы затрагивают около 1,71 млрд человек. Природные механизмы регенерации эффективны только при небольших повреждениях. Если дефект превышает 2–3 сантиметра, организм не способен самостоятельно восстановить кость: формируется рубец, ложный сустав или незаживающая полость.
Современная биомедицинская инженерия предлагает иной путь — создание скаффолдов, трехмерных пористых каркасов, которые направляют рост новой ткани. Они постепенно замещаются натуральной костной тканью, обеспечивая полное восстановление. Но ключевым фактором оказывается внутренняя геометрия таких имплантатов: форма пор определяет направление миграции клеток, движение питательных веществ и равномерность роста.
Ранее ученые ПНИПУ создали модель, описывающую базовое взаимодействие клеток и каркаса. Теперь модель стала значительно точнее: она учитывает физические свойства клеток и способна предсказывать, как именно будет расти ткань внутри имплантата и где возникнут зоны нежелательных механических напряжений.
В ходе исследования были проанализированы три типа пор: прямые каналы, синусоидальные (извилистые) и градиентно-периодические — наиболее приближенные к структуре естественных костных тканей. В каждый тип размещали виртуальную клетку и прослеживали ее развитие.
Моделирование показало, что прямые каналы обеспечивают рост ткани на 10–20% быстрее благодаря отсутствию препятствий для миграции клеток и равномерному распределению факторов роста. Градиентно-периодические поры по скорости почти не уступают прямым, но создают зоны повышенного напряжения на резких изгибах. Синусоидальные каналы оказались самыми «медленными», однако в условиях реального биореактора, где через имплантат протекает питательная жидкость, именно они могут демонстрировать лучшие результаты за счет эффективного перемешивания среды.
Ученые уже работают над адаптацией модели к условиям биореакторов, что позволит еще точнее прогнозировать поведение тканей.
Ранее в России создали робота для борьбы с гипертонией.