Сотрудники Научно-исследовательской лаборатории механики биосовместимых материалов и устройств, созданной по программе мегагрантов в Пермском национальном исследовательском политехническом университете (ПНИПУ), разработали модели и провели численные эксперименты по разрушению пористой костной ткани, а также изучили их важные механические свойства. Результаты исследования помогут создавать искусственные имплантаты для тканевой инженерии, приближенные к костной ткани по строению, форме и выдерживаемым нагрузкам, что ускорит процесс реабилитации пациентов. Результаты исследования опубликованы в журнале Theoretical and Applied Fracture Mechanics.
Старение организма и некоторые заболевания, которые приводят к снижению костной массы, например, остеопороз, уменьшают минеральную плотность и повышают опасность перелома костей. Чтобы снизить риски и оказать своевременную помощь, необходимо понять специфические особенности поведения трабекулярных костей при разрушении.
Ученые мегагрантской лаборатории ПНИПУ провели исследование, в котором моделировали образование трещин и разрушение губчатой костной ткани. Для этого сначала получили геометрию структур из сканов компьютерной томографии реальных трабекулярных большеберцовых костей. Затем перевели их в 3D-модели и выполнили численные эксперименты на растяжение и сжатие образцов с моделированием процессов разрушения. Для расчетов объектов с таким сложным строением политехники разработали специальный алгоритм. Подход позволяет одновременно моделировать рост нескольких трещин (а не одной, как было в существующих моделях), что крайне важно, поскольку особенности пористой структуры костей приводят к появлению множества потенциальных областей для роста микротрещин.
«Биомедицинские устройства для замены костных тканей должны максимально соответствовать свойствам кости, в том числе ее механическим характеристикам. Это позволит ускорить процесс заживления и избежать осложнений, связанных с неправильным распределением нагрузки между костью и имплантатом. Полученные нами модели описывает характер эволюции роста трещин в реальной кости и в дальнейшем помогут в создании искусственных костных заменителей», – поделился кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории механики биосовместимых материалов и устройств ПНИПУ Михаил Ташкинов.
Исследование ученых Пермского Политеха позволит контролируемо оценивать поведение трабекулярной структуры костей при разрушении в отдельных участках. С помощью полученных данных возможно улучшить имплантаты для восстановления или замещения дефектов в костной ткани так, чтобы они максимально соответствовали физическим и биологическим характеристикам естественной ткани.
Читать подробнее: Исследование Пермского Политеха поможет в разработке костных имплантатов, Naked Science, 04.07.2024
Источник фото: Модель образца трабекулярной кости / Михаил Ташкинов, ПНИПУ
