Разработка и доклинические испытания персонализированных пористых титановых имплантатов с биоактивными покрытиями в модельных системах

Разработана технология создания персонализированных пористых титановых имплантатов с биоактивными покрытиями, изготавливаемых с применением аддитивных технологий. Этапы создания имплантата включают получение первичных данных из области костного дефекта с помощью компьютерной томографии; 3D-моделирование области дефекта и соответствующего ей имплантата; изготовление персонализированного имплантата из титановых сплавов с использованием технологии селективного лазерного сплавления; нанесение биоактивных покрытий. Создаваемый персонализированный имплантат может иметь несколько функциональных структур. Проведены всесторонние испытания образцов титановых имплантатов с биоактивными покрытиями. Математическое моделирование и технические испытания позволили установить соответствие механических свойств разработанных структур натуральной костной ткани. Испытания in vitro показали отсутствие острой токсичности при высоких показателях биосовместимости исследованных образцов. Одобренные локальными этическими комитетами испытания in vivo на кроликах породы Советская шиншилла и обезьянах вида павиан анубис показали адекватные биомеханические и высокие остеоиндуктивные свойства исследованных образцов. Успешные результаты доклинических исследований, а также проведение токсикологических и технических испытаний в сертифицированных лабораториях позволили сформировать регистрационное досье для государственной регистрации персонализированных пористых титановых имплантатов с биоактивными покрытиями, изготавливаемых с применением аддитивных технологий.

1. Davis R., Singh A., Jackson M.J., Coelho R.T., Prakash D., Charalambous C.P., Ahmed W., da Silva L.R.R., Lawrence A.A. A comprehensive review on metallic implant biomaterials and their subtractive manufacturing. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2022;120:1473–1530. DOI: 10.1007/s00170-022-08770-8.

2. Juncar M., Tent P.A., Juncar R.I., Harangus A., Mircea R. An epidemiological analysis of maxillofacial fractures: a 10-year cross-sectional cohort retrospective study of 1007 patients. BMC Oral Health. 2021;21(1):128. DOI: 10.1186/s12903-021-01503-5.

3. Narayanan R., Seshadri S.K., Kwon T.Y., Kim K.H. Calcium phosphate-based coatings on titanium and its alloys. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2008;85(1):279–299. DOI: 10.1002/jbm.b.30932.

4. Park J., Zobaer T., Sutradhar A.A. Two-Scale MultiResolution Topologically Optimized Multi-Material Design of 3D Printed Craniofacial Bone Implants. Micromachines. 2021;12:101. DOI: 10.3390/mi12020101.

5. Xue T., Attarilar S., Liu S., Liu J., Song X., Li L., Zhao B., Tang Y. Surface Modification Techniques of Titanium and its Alloys to Functionally Optimize Their Biomedical Properties. Front. Bioeng. Biotechnol. 2020;8:603072. DOI: 10.3389/fbioe.2020.603072.

6. Yang J., Liu C., Sun H., Liu Y., Liu Z., Zhang D., Zhao G., Wang Q., Yang D. The progress in titanium alloys used as biomedical implants: From the view of reactive oxygen species. Front. Bioeng. Biotechnol. 2022;10:1092916. DOI: 10.3389/fbioe.2022.1092916.

7. Zumofen L., Kopanska K.S., Bono E., Kirchheim A., De Haller E.B., Graf-Hausner U. Properties of Additive-Manufactured Open Porous Titanium Structures for Patient-Specific Load-Bearing Implants. Front. Mech. Eng. 2022;7:830126. DOI: 10.3389/fmech.2021.830126.