Гиперупругие биоматериалы помогут закрыть дефекты мягких тканей

Одной из важнейших задач реконструктивной хирургии является замещение дефектов мягких тканей, возникающих вследствие травм, приобретённых заболеваний, врожденных патологий. Сложность создания имплантов для этой цели заключается в том, что материал должен одновременно иметь схожие механические характеристики с родной биологической тканью и биосовместимую поверхность. Решить эту техническую задачу удалось учёным Томского государственного университета. Они создали сверхэластичные, гиперупругие конструкции из никелида титана и протестировали их свойства. Исследования поддержаны мегагрантом Правительства РФ. 

– Необходимость в замещении, восстановлении или поддержании мягких тканей у пациентов возникают в разных ситуациях, например, у онкобольных людей после удаления злокачественных образований. Речь идёт о дефектах разных мягких тканей – кожи, мышц, стенки кровеносных сосудов, сухожилий, связок, внутренних органов, – поясняет старший научный сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Гульшарат Байгонакова. – Одним из главных требований к имплантам такого назначения является то, что в условиях динамической физиологической среды они должны вести себя в механическом поведении подобно родным тканям, то есть деформироваться и восстанавливать свою исходную форму. 

Съёмка с микроскопа.jpg
Макросъёмка импланта

Фото: лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ

Учёным лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов удалось найти техническое решение этой задачи. В качестве материала для замены, армирования и восстановления мягких тканей они используют сплав никелида титана. Этот материал с памятью формы широко известен и используется в медицине, но его уникальные свойства и возможности изучены не полностью. Характеристики, необходимые для имплантов, учёные обеспечили за счёт новой формы, придаваемой материалу. Из сплава TiNi они изготовили проволоки толщиной 60-90 микрометров. Из проволоки на специальном станке была связана конструкция с особым способом соединения петель – металлотрикотажная сетка. 

– В рамках мегагранта «Реология интерфейса сверхэластичный сплав покрытие – биологическая ткань» (руководитель Алексей Волынский) мы проводим исследования усталостных свойств проволоки и металлотрикотажа, – рассказывает заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко. – Для создания импланта очень важно понимать, как конструкция будет деформироваться в условиях физиологических нагрузок и выдерживать многочисленные циклы деформаций. Разработка метода оценки биомеханического подобия в интерфейсе «сетчатый имплант – мягкая биоткань» и является одной из задач нашего проекта. 

DSC_6768_laboratory_1600.jpg
Сотрудники лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ

В ходе экспериментальных исследований была изучена выносливость конструкций – способность многократно деформироваться и полностью восстанавливать свою форму. Испытания показали механически устойчивую обратимую циклическую сверхэластичную деформацию TiNi проволоки в интервале до восьми процентов. Конструкции из сверхэластичной проволоки могут выдерживать миллионы таких циклов деформации. Для сравнения, у большинства металлических медицинских материалов максимальная обратимая деформация достигает 0,2 процента и использовать их можно только в статических условиях нагрузок. 

Новые конструкции и результаты их исследования учёные представили на форуме промпартнёров PromSkills 2022, недавно прошедшем в ТГУ. Центральные темы, которые обсуждали учёные и промышленники, – медицинские технологии и материалы, радиофармпрепараты, генетические технологии и другие. 

Добавим, что на третьем этапе проекта, поддержанного мегагрантом, учёные ТГУ будут оценивать совместимость имплантов с биотканями в исследованиях на клеточных культурах и с участием лабораторных животных. Наряду с этим будут проведены исследования на базе нескольких медицинских учреждений Томска.