Ortopeedilisi implantaate kasutatakse laialdaselt vigastuste, vananemise või haiguste tõttu kahjustunud luude parandamiseks. Metalle, näiteks titaanisulameid, kasutatakse sageli seetõttu, et need on tugevad ja töökindlad. Samas jäävad need materjalid kehasse püsivalt ning on sageli palju jäigemad kui luukude. See erinevus võib mõjutada seda, kuidas luu koormust kannab ja aja jooksul nõrgestada ümbritsevat luud ning mõnel juhul viia täiendavate operatsioonideni.
Selle probleemi lahendamiseks on teadlased välja töötanud uut tüüpi metallimplantaadi, mis on loodud toetama luu paranemist samal ajal soodustades loomulikku luukoe taastumist. Uus hübriidimplantaat ühendab tugeva titaanisulamist karkassi tsingiga, metalliga, mis suudab kehas aeglaselt lahustuda. See võimaldab implantaadil pakkuda paranemise ajal mehaanilist tuge ning samal ajal järk-järgult luua ruumi uue luukoe kasvuks.
Uuring valmis Tallinna Tehnikaülikooli Kihtlisandustehnoloogiate uurimisrühma teadlaste prof. Dr.-Ing. Prashanth Konda Gokuldossi ja nooremteadur Mayank Kumar Yadavi koostöös rahvusvahelise meeskonnaga. Nende artikkel, mis avaldati ajakirjas Advanced Light Materials, tutvustab uut tootmislähenemist, mis ühendab metallimplantaadi valmistamiseks 3D-printimise ja surveabistatud paagutamise.
Implantaat koosneb 3D-prinditud titaanisulamist võrestruktuurist, mis on inspireeritud looduslikust kärgstruktuurist. Selline arhitektuur tagab suure tugevuse, kasutades samal ajal vähem materjali, ning võimaldab kehavedelikel ja luurakkudel struktuuri sees liikuda. Võrestruktuur täidetakse seejärel tsingiga, mis füsioloogilistes tingimustes järk-järgult laguneb.
Selle disaini mõte seisneb selles, et tsingi lahustumisel loob see implantaadis lisaruumi, kuhu luukude saab kasvada. Samal ajal püsib titaanist karkass stabiilsena ja jätkab mehaanilise koormuse kandmist. Selline kombinatsioon võimaldab implantaadil pakkuda paranemisfaasis tugevust ning samal ajal soodustada luukoe taastumist.
Saadud materjal näitas paremat mehaanilist tugevust võrreldes puhta tsingiga, säilitades samal ajal kontrollitud lagunemiskiiruse. Laborikatsetes saavutas komposiit survetugevuse umbes 292 MPa, mis on kõrgem kui loodusliku luukoe kohta esitatud väärtus, ning näitas simuleeritud kehatingimustes lagunemiskiirust ligikaudu 0,157 mm aastas. Katsed luukoe rakkudega viitasid samuti heale biosobivusele.
„See uuring näitab, et tugevat titaankarkassi ja biolagunevat tsinki on võimalik ühendada ühes implantaadis nii, et materjal toetab luud paranemise ajal ning loob järk-järgult ruumi uue luukoe kasvuks,“ ütles Tallinna Tehnikaülikooli nooremteadur Mayank Kumar Yadav.
Teadlaste sõnul on see lähenemine paljulubav samm järgmise põlvkonna ortopeediliste implantaatide suunas. Edasised uuringud keskenduvad implantaadi pikaajalise käitumise mõistmisele ja selle disaini optimeerimisele kliiniliste rakenduste jaoks.
Lisainfo:
Prof. Dr.-Ing. Prashanth Konda Gokuldoss
[email protected]