::Создание био- микро/нано- электро-механических устройств - импланты, тканево-клеточные каркасы методами Аддитивных Технологий

Достижения 1995 - 2017 годов Публикации Стартовая страница

Биосовместимые имплантаты и тканево-клеточные каркасы:

Биосовместимый материал – NiTi (никелид титана, названный как нитинол) имеет, в том числе и в пористом состоянии, высокую прочность, коррозионную стойкость, свойство демпфирования, а также, уникальное свойство памяти формы. Нами (1997 г.) показана возможность синтеза NiTi путем контролируемого совмещения СЛС и СВС процессов в смеси порошков Ni + Ti, в том числе и с добавкой гидроксиаппатита. Пористые изделия, полученные методом СЛ-Спекания (см. ниже) следует отличать от высокопрочных изделий, полученных методом СЛ-Плавления. В первом случае, есть условия для прорастания в поры импланта соединительных тканей и насыщение пор лекарственными препаратами. Во втором случае, импланты являются готовыми изделиями для высоконагруженных участков скелета.

СЛС (СФ ФИАН©)

Пластины для краниопластики (Ti)

Лазерная наплавка титана на стоматологический штифт

Селективное лазерное спекание NiTi – образец «коренной зуб»

СЛП (ENISE©)

Мостовидный зубной протез (CoCr)

Тазобедренный сустав (Inox 09L)

Крестцовый позвонок (Inox 09L)

Конечно-элементная модель была построена для анализа влияния факторов мезо пористости, размеров /вплоть до нескольких мкм/ и формы /сферическая или цилиндрическая/ спекаемых лазерным излучением частиц исходного порошка, внешней формы имплантата /см.напр. рис. ниже/ на результат перераспределения напряжений, деформаций и перемещений в системе имплантат - костная ткань при нормальных и тангенцальных жевательных нагрузках. Было показано, что max. значения рассчитываемых параметров (ui, eij, sij) для титана и нитинола существенно различны. Поведение пористой нитинольной структуры более способствует процессам биоинтеграции и остеогенеза в сравнении пористой структурой титананового имплантата при синтезе их методом СЛС.

Модель имплантата в Solid Works

Сетка на 1/4 модели импланта в ANSYS©

Напряжения в имплантате и окружающей костной ткани.

Послойный синтез методом СЛС трехмерных объемных изделий любой наперед заданной формы (биоМЕМS – сенсоров, зажимов, имплантатов) - позволяет перевести на качественно новый уровень ортопедию, путем создания само-срабатывающих, само- фиксирующихся, само- разворачивающихся протезных элементов при температуре живого организма (патент РФ № 2218242). При этом пористость может оказаться еще и положительным фактором, так как позволит обеспечить прорастание мягких тканей в имплантат, инфильтровать поры стерилизующими препаратами, способствовать повышению биологической совместимости и активизировать процесс заживления.

Доклинические исследования на биосовместимость и биоинтерграцию пористого нитинола в сравнении с пористым и литым титаном проводились на группе из 21 лабораторной крысы в течение трех месяцев. Пористые титан и нитинол к концу исследований были плотно спаяны с окружающей тканью, трудно отделимой при извлечении. Отмечалось отсутствие развития соединительной ткани в зоне имплантации, что позволяет сказать, что имеет место процесс остеоинтеграции. Зона дефекта сохраняла органотипичную структуру. Нейтрофильно – экссудативного компонента не обнаруживалось в течение всего периода исследований.

Также исследования проводились на первичных культурах дермальных фибробластов и мезенхимальных стромальных клетках человека 4-12 пассажа. Культуру дермальных фибробластов получали из кожно-мышечной ткани, а культуру мезенхимальных стромальных клеток – из фрагментов крыши черепа абортусов сроком 6-10 недель методом первичных эксплантатов.

Прорастание органических структур в СЛС имплантат (после 3 мес.)

Органотипические стуктуры вокруг СЛС имплантата (после 3 мес.)

Прорастание стволовых клеток в СЛС имплантат (4-й день)

Ti

NiTi

Поверхности костных имплантатов должны быть устроены таким образом, чтобы стимулировать клетки пациента к остеоинтеграции — связыванию материал протеза с окружающей костной ткани. При этом полученные нами результаты по созданию нано структурированной поверхности имплантатов свидетельствуют об активизировать процесс заживления.

:::

По результатам исследований были сделаны выводы:


::СФ ФИАН версия 3.0 --> ::design by © Игорь В. Шишковский 20008