Polymer tvilling:Nyt implantat efterligner knoglestruktur

Forskere fra National University of Science and Technology (MISIS) udviklede et unikt hybrid knogleimplantat, hvis kerne er lavet af porøs polyethylen med ultrahøj molekylvægt, og skallen er lavet af polyetheretherketon. Takket være kombinationen af ​​de to polymerers unikke egenskaber, det var muligt at skabe et implantat, der efterligner knoglestrukturen og er yderligere forstærket for at øge styrke og elasticitet. Ud over, da materialeforbruget reduceres, omkostningerne ved et sådant implantat vil være lavere end for analoger. Artiklen om resultaterne af forskningen er publiceret i Materiale Bogstaver .

Polyethylen med ultrahøj molekylvægt (UHMWPE) og polyetheretherketon (PEEK) er blandt de mest anvendte materialer i ortopædi. Hver af dem har et bestemt sæt egenskaber, og materialevalget er hovedsageligt baseret på, hvilken slags knogledefekt der skal elimineres. Dermed, UHMWPE bruges traditionelt til lederstatning, og PEEK på grund af dens større styrke, bruges hovedsageligt i rygkirurgi. I øvrigt, PEEK er et ret dyrt materiale, så det bruges sjældnere end UHMWPE.

Forskere fra Center of Composite Materials (NUST MISIS) anvendte den tidligere udviklede teknologi til dannelse af porøse biomimetiske materialer og udførte en eksperimentel sammenlignende analyse af de mekaniske egenskaber af modificeret UHMWPE og PEEK. Som resultat, de foreslog et fundamentalt nyt hybridmateriale, der kombinerer begge polymerers nyttige egenskaber.

"Vi har arbejdet med UHMWPE i en ret lang periode. Tilsyneladende, PEEK er relativt nyt for os. På grund af det faktum, at vi forsøgte at efterligne naturlig porøs knoglestruktur i implantater lavet af UHMWPE, vi besluttede også at gøre dette med PEEK. Næste, vi testede og sammenlignede materialernes kompressionsegenskaber, " sagde Fedor Senatov, Ph.D., leder af forskningsgruppen.

Imidlertid, den høje hårdhed af PEEK havde en negativ indvirkning på den porøse modifikation af materialet:selvom PEEK viste gode egenskaber ved kompressionstest, det blev konstateret, at når man skærer (og under installationen af ​​implantatet, kirurgen skal "justere" det under kanten af ​​defekten) begynder det at smuldre. Krummer i området for implantation er uacceptable, så videnskabsmænd besluttede at forsøge at skabe en hybrid, der kun ville bevare de gavnlige egenskaber af begge polymerer. Dette er især interessant fra synspunktet om efterligning af selve knoglens struktur, fordi i kernen (trabekulær del) er det bare blødere, og på skallen (kortikale del) er hårdere.

"Vi har skabt et hybrid cylindrisk implantat, hvilken kerne og skal er lavet af henholdsvis blødt porøst UHMWPE og hårdt ikke-porøst PEEK. Test af implantatets mekaniske styrke viste, at dets egenskaber næsten fuldstændigt svarer til den normale menneskelige knogle:den trabekulære knogle har elasticitetsmodul fra 0,001 GPa til 0,002 GPa, og den porøse UHMWPE har ca. 0,002 GPa; kortikal knogle har elasticitetsmodul omkring 11 GPa, og PEEK har omkring 9 GPa, " bemærker Alexander Chubrik, 4. års studerende og medforfatter til forskningen.

Efterligningen af ​​den menneskelige knogle er ikke den eneste fordel ved implantatet:desuden, den porøse del vil tillade knoglen at "penetrere" implantatet. Det betyder, at over tid, fikseringspladerne kan fjernes, og implantatet vil allerede opføre sig som en knogle. Ud over, på grund af, at forbruget af PEEK vil falde, sådanne implantater vil være mere overkommelige.

Forskere fortsætter forskningen i to retninger:de tester hybridmaterialet in vivo, og arbejde med at fastgøre biokeramikken til implantatoverfladen for at fremskynde regenerering i det udskiftede knogleområde.