Разработка композиционных материалов, адаптированных к аддитивному производству персонализированных биомедицинских изделий Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

СЕКЦИЯ «3D БИОПРИНТИНГ»

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, АДАПТИРОВАННЫХ К АДДИТИВНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННЫХ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Зобков Ю.В., Федотов А.Ю., Комлев В.С.

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, Россия

na vi1393@gmail. com

Разработка новых композиционных материалов и адаптация их к технологии трехмерного изготовления персонализированных биомедицинских изделий - клеточных и генно-инженерных конструкций, а также индивидуальных имплантатов являются сегодня одними из важнейших направлений развития высокотехнологичного здравоохранения в развитых странах [1-3]. Представленные исследования направлены на разработку новых материалов сложной химической и пространственной структуры, создание, воспроизведение и организацию биоактивных минерал-полимерных систем и каркасных структур на их основе [1-4].

В ходе выполнения исследований были разработаны основы создания структур, содержащих минеральные и полимерные компоненты, адаптированные к аддитивному производству. Разработаны и изучены способы формирования суспензий на основе растворов альгината натрия (от 1 до 20 масс. %), и частиц октакальциевого фосфата кальция (от 5 до 20 масс. %). Изучено влияние фиксирующих растворов на процесс формирования и свойства композиционных трехмерных матриксов. Проведена оптимизация способа трехмерной печати, в том числе рабочих характеристик 3й-принтера и способов отверждения (обработка с изменением рН, печать в среде отверждающего реагента). Исследованы механические свойства композиционных материалов и их резорбируемость в модельных жидкостях организма. Разработан способ и условия инкорпорирования в структуру системы биологически активных компонентов - генных конструкций в процессе печати, в том числе исследована кинетика выхода биоактивных элементов. Успешно проведены предварительные биологические испытания in vitro и in vivo материалов трехмерных матриксов, в том числе на острую цитотоксичность и на оценку биосовместимости. Показано, что разработанные материалы являются биосовместимыми и не токсичными.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 18-29-11081 мк «От биоактивной керамики до персонализированных генно-инженерных конструкций». Доступ к электронной базе данных научных публикаций получен в рамках государственного задания № 075-00746-19-00.

1. Komlev V.S., Sergeeva N.S., Fedotov A.Y., Sviridova I.K., Kirsanova V.A., Akhmedova S.A., Teterina A.Y., Zobkov Y.V., Kuvshinova E.A., Shanskiy Y.D., Barinov S.M. Investigation of physicochemical and biological properties of composite matrices in an alginate-calcium phosphate system intended for use in prototyping technologies during replacement of bone. Inorganic Materials: Applied Research. 2016. 7. 4. 630-634.

2. Egorov A.A., Fedotov A.Y., Mironov A.V., Komlev V.S., Popov V.K., Zobkov Y.V. 3D printing of mineral-polymer bone substitutes based on sodium alginate and calcium phosphate. Beilstein J Nanotechnol. 2016. 7. 1794-1799.

3. Sergeeva N., Komlev V., Sviridova I., Kirsanova V., Fedotov A., Teterina A., Zobkov Y., Barinov S. 3D printing of bone/cartilage substitutes based on bioceramics/polymers. Regenerative Medicine. 2015. 10. 07s. 46.

4. Fedotov A.Y., Egorov A.A., Zobkov Y.V., Mironov A.V., Popov V.K., Barinov S.M., Komlev V.S. 3D printing of mineralpolymer structures based on calcium phosphate and polysaccharides for tissue engineering. Inorg. Mater. Appl. Res. 2016. 7. 240.

ПОСЛОЙНОЕ НАПЛАВЛЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ КЛАССА ПОЛИГИДРОКСАЛКАНОАТОВ КАК БАЗА ДЛЯ ПЕРСОНИФИЦИОРОВАННОГО СОЗДАНИЯ БИОРЕГЕНЕРАТИВНЫХ КОСТНЫХ ИМПЛАНТАТОВ

Кистерский К.А.

ООО «Биопласт», Москва, Россия ^егэк® уап бех. ги

Современные методы аддитивного производства, известные как 3й-печать, позволяют воспроизводить практически любое изделие по объёмной модели. Всё чаще такие технологии находят применение в медицине. Новые материалы, обладающие биоактивными свойствами, после имплантации способны производить направленные изменения тканей, в том числе и их регенерацию, в том числе в случаях крупномасштабных переломов, которые не могут быть излечены собственными силами организма [1]. К материалам с активным "характером" относится класс полимеров полигидроксиалканоаты, обладающих свойством полной биосовместимости, контролируемой биодеградации и остеоиндукции. Их свойство термопластичности позволяет применять их в качестве картриджного материала в 3й-принтерах.