Материалом для них служит мягкий гидрогель, почти полностью состоящий из воды. В будущем эта разработка может заменить металлические конструкции, которые хирурги вживляют пациентам при тяжелых переломах.
Современная медицина пока опирается на жесткие методы. Чтобы срастить сломанную кость, врачи берут фрагмент собственной ткани пациента, но для этого нужна отдельная операция. Либо используют металл и керамику. Оба варианта работают, но имеют серьезный недостаток. Искусственные материалы гораздо тверже, чем натуральная кость. Организм человека не может нормально взаимодействовать с такой конструкцией. Со временем имплант расшатывается, и прочность сломанного места падает.
Швейцарские инженеры пошли другим путем. Они создали гидрогель, который почти копирует природу. Материал состоит из воды на 97 процентов. Остальные три процента — биосовместимый полимер. Когда случается перелом, организм сначала создает в месте повреждения мягкую структуру. В нее приходят иммунные клетки, которые запускают восстановление. Этот естественный процесс инженеры и повторили в своей разработке.
Печатают импланты лазером. Технология позволяет работать с мельчайшими деталями. Размер одного элемента может быть всего 500 нанометров. Для сравнения: человеческий волос примерно в сто раз толще. Скорость печати достигает 400 миллиметров в секунду. Сами исследователи называют этот показатель мировым рекордом для подобных полимерных материалов.
С помощью лазера ученым удалось воссоздать сложное внутреннее устройство кости. Внутри здоровой кости есть сеть микроскопических перекладин. Они называются трабекулами и придают скелету прочность без лишнего веса. Именно такую структуру сейчас умеют печатать на принтере. В лабораторных условиях клетки, отвечающие за рост костной ткани, быстро заселяли напечатанный гидрогель. Внутри материала они начинали производить коллаген — основу любой кости.
Пока технология существует только в стенах университета и испытана в пробирке. Следующий этап — опыты на животных. Ученым предстоит проверить, ведет ли себя гидрогель так же предсказуемо внутри живого организма. Сможет ли он поддерживать рост настоящей кости и восстанавливать ее прочность.
Если разработка докажет свою эффективность, хирургия сделает большой шаг вперед. Врачи смогут печатать индивидуальные конструкции для каждого пациента. Гидрогель не нужно будет удалять второй операцией. Материал запрограммирован так, чтобы постепенно растворяться самому. На месте импланта останется только новая, собственная кость человека.
