Wetenschappers van de National University of Science and Technology (MISIS) ontwikkelden een uniek hybride botimplantaat, waarvan de kern is gemaakt van poreus polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht, en de schaal is gemaakt van polyetheretherketon. Dankzij de combinatie van de unieke eigenschappen van de twee polymeren, het was mogelijk om een ​​implantaat te maken dat de botstructuur imiteert en bovendien is versterkt om de sterkte en elasticiteit te vergroten. In aanvulling, naarmate het materiaalverbruik wordt verminderd, de kosten van een dergelijk implantaat zullen lager zijn dan die van analogen. Het artikel over de resultaten van het onderzoek is gepubliceerd in Materialen Brieven .

Polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht (UHMWPE) en polyetheretherketon (PEEK) behoren tot de meest gebruikte materialen in de orthopedie. Elk van hen heeft een bepaalde reeks eigenschappen, en de materiaalkeuze is voornamelijk gebaseerd op het soort botdefect dat moet worden geëlimineerd. Dus, UHMWPE wordt traditioneel gebruikt bij gewrichtsvervanging, en PEEK vanwege zijn grotere sterkte, wordt voornamelijk gebruikt bij spinale chirurgie. Bovendien, PEEK is een vrij duur materiaal, dus het wordt minder vaak gebruikt dan UHMWPE.

Wetenschappers van het Center of Composite Materials (NUST MISIS) pasten de eerder ontwikkelde technologie toe voor de vorming van poreuze biomimetische materialen en voerden een experimentele vergelijkende analyse uit van de mechanische eigenschappen van gemodificeerd UHMWPE en PEEK. Als resultaat, ze stelden een fundamenteel nieuw hybride materiaal voor dat de nuttige eigenschappen van beide polymeren combineert.

"We werken al heel lang met UHMWPE. Blijkbaar PEEK is relatief nieuw voor ons. Omdat we de natuurlijke poreuze botstructuur probeerden te imiteren in implantaten gemaakt van UHMWPE, we besloten dit ook met PEEK te doen. Volgende, we hebben de compressie-eigenschappen van de materialen getest en vergeleken, " zei Fedor Senatov, doctoraat, hoofd van de onderzoeksgroep.

Echter, de hoge hardheid van PEEK had een negatieve invloed op de poreuze modificatie van het materiaal:hoewel PEEK goede eigenschappen vertoonde bij de compressietest, het bleek dat bij het snijden (en tijdens de installatie van de implantaatchirurg nodig is om het onder de rand van het defect te "afstellen") het begint af te brokkelen. Kruimels op het gebied van implantatie zijn onaanvaardbaar, dus besloten wetenschappers om te proberen een hybride te maken die alleen de gunstige eigenschappen van beide polymeren zou behouden. Dit is vooral interessant vanuit het oogpunt van imitatie van de structuur van het bot zelf, omdat het in de kern (trabeculair deel) gewoon zachter is, en op de schaal (corticale deel) is moeilijker.

"We hebben een hybride cilindrisch implantaat gecreëerd, welke kern en schaal zijn gemaakt van respectievelijk zacht poreus UHMWPE en hard niet-poreus PEEK. Tests van de mechanische sterkte van het implantaat toonden aan dat de kenmerken bijna volledig overeenkomen met het normale menselijke bot:het trabeculaire bot heeft een elastische modulus van 0,001 GPa tot 0,002 GPa, en het poreuze UHMWPE heeft ongeveer 0,002 GPa; corticaal bot heeft een elastische modulus van ongeveer 11 GPa, en PEEK heeft ongeveer 9 GPa, " merkt Alexander Chubrik op, 4e jaars student en co-auteur van het onderzoek.

De imitatie van het menselijk bot is niet het enige voordeel van het implantaat:bovendien het poreuze deel zorgt ervoor dat het bot het implantaat kan "penetreren". Dit betekent dat in de loop van de tijd, de bevestigingsplaten kunnen worden verwijderd, en het implantaat zal zich al gedragen als een bot. In aanvulling, doordat het verbruik van PEEK zal afnemen, dergelijke implantaten zullen goedkoper zijn.

Wetenschappers zetten het onderzoek in twee richtingen voort:ze testen het hybride materiaal in vivo, en werken aan het hechtende biokeramiek aan het implantaatoppervlak om de regeneratie in het vervangen botgebied te versnellen.