Получение данных об особенностях деформации губчатой и компактной костной ткани, которые помогут создавать имплантаты с максимальной биомеханической совместимостью, обеспечит новый алгоритм моделирования поведения костных тканей, разработанный материаловедами и физиками Томского государственного университета (ТГУ), 21 декабря сообщает пресс-служба вуза.

Заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко пояснила задачу, решаемую с помощью новой модели:

«Разработка материалов для имплантатов с точки зрения биомеханической совместимости играет одну из главных ролей в приживаемости имплантатов. Состав и механические свойства костной ткани различны для разных людей, поэтому один и тот же имплантат может прижиться у одного пациента и не прижиться у другого».

Незнание механического поведения замещаемого фрагмента может привести к неправильному подбору имплантата и к последующему рассасыванию (резорбции) костной ткани на границе «кость — имплантат». А это потребует повторной операции.

Материаловеды и физики ТГУ провели в рамках стратегического проекта «Технологии безопасности» совместные исследования, чтобы выяснить, как изменяется механическое поведение губчатой и компактной костной ткани при изменении их структуры и состава.

Существующие компьютерные модели фрагментов губчатой костной ткани построены на основе данных компьютерной томографии конкретного пациента, то есть учитывают субъективные особенности структуры и механики его кости, что не позволяет сделать обобщенные выводы о механическом поведении костной ткани.

Трабекулы — тонкие элементы костной ткани, составляющие внутреннее пространство многих костей, под внешними нагрузками постоянно трансформируются, помогая кости адаптироваться к ним.

Учитывая этот факт, новый алгоритм построения геометрических моделей губчатой костной ткани, созданный в ТГУ, позволяет перестраивать структуру фрагмента модели под структурные параметры трабекул. В модели также учитывается наличие коллагеновой и минеральной составляющих кости.

С помощью этого алгоритма моделирования поведения костной ткани ученые установили, что взаимодействие друг с другом главных и второстепенных трабекул, определяет при осевом сжатии деформационный отклик образцов в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Кроме того, поведение кости определяется также структурными параметрами тонких внутренних элементов и содержанием в них минералов, которые обеспечивают прочность кости.

«Чтобы имплантат прижился, упругие модули, то есть прочность имплантата и кости, должны быть максимально близки. Поэтому мы, оценив биомеханику кости, заранее знаем, какими характеристиками должен обладать имплантат, и задаем их на этапе производства за счет изменений условий синтеза — температуры, давления и прочего. Это позволяет обеспечить максимальную биосовместимость конструкции с „родной“ костью пациента, необходимую для хорошей приживаемости имплантата и быстрой реабилитации», — пояснила Екатерина Марченко.