Биосовместимость и остеопластические свойства минерал-полимерных композиционных материалов на основе альгината натрия, желатина и фосфатов кальция, предназначенных для трехмерной печати костнозамещающих конструкций

Внеклеточный матрикс костной ткани является уникальным «композиционным материалом», включающим минеральную и органическую составляющие. Поэтому использование биомиметического подхода к формированию тканеинженерных конструкций для замещения костных дефектов на основе композиционных материалов, содержащих биополимеры и фосфаты кальция, вполне ожидаемо способно улучшить их цито- и биосовместимость, а также остеопластические свойства. Цель работы - оценка структурных особенностей, биосовместимости и остеопластических свойств трехмерных конструкций на основе альгината натрия, желатина и двух видов фосфатов кальция (трикальцийфосфата и октакальциевого фосфата), полученных методом трехмерной печати. Методика получения трехмерных конструкций включала струйную 3D-печать геля на основе альгината и желатина с добавлением гранул фосфатов кальция, с последующим замораживанием, лиофильной сушкой и стерилизацией у-облучением. Изучена микроструктура 3D-конструкций, их пористость и прочностные характеристики. На модели подкожной имплантации мышам исследована биосовместимость изделий в динамике до 12 нед. Также in vivo на модели дефекта большеберцовой кости крыс оценены их остеопластические свойства. Полученные 3D-конструкции обладали нерегулярной пластинчатой структурой альгината натрия со сферическими вкраплениями гранул фосфатов кальция. Введение в состав композита желатина повышало пористость конструкций и достоверно увеличивало их прочность при сжатии, практически не влияя на значения предельной деформации. Напечатанные 3D-конструкции на основе композиционных материалов показали хорошую биосовместимость in vivo. Наибольшая скорость биодеградации выявлена у материалов, содержащих октакальциевый фосфат. Все исследованные трехмерные конструкции проявили остеокондуктивный потенциал, более выраженный, по данным гистологического анализа, у 3-компонентных композиционных изделий состава: альгинат натрия, желатин и октакальциевый фосфат. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности и перспективности использования трехкомпонентных минерал-полимерных композиционных материалов на основе альгината, желатина и октакальциевого фосфата в качестве «чернил» для 3D-печати остеопластических конструкций.

3D-печать, альгинат натрия, желатин, трикальцийфосфат, октакальциевый фосфат, остеопластические материалы, замещение костных дефектов