Российские ученые разработали "цифровой конструктор" для создания искусственных костей
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ) в среду, 5 ноября 2025 года, представил "цифровой конструктор" для проектирования имплантатов, воспроизводящих индивидуальную структуру костной ткани пациента.
Решение ориентировано на лечение сложных переломов, восстановление костных дефектов, а также применение в челюстно-лицевой хирургии и стоматологии при наращивании костной ткани. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
Разработчики подчеркивают, что главная задача в создании скаффолдов (искусственный каркас для восстановления тканей) – совместить требуемую механическую прочность и пористую архитектуру, обеспечивающую прорастание клеток и сосудов.
"Ключевая проблема традиционных скаффолдов – их упрощенная внутренняя архитектура. Они не повторяют сложную пористую структуру натуральной кости, что приводит к двум серьезным осложнениям: недостаточному приживлению с окружающими тканями и возникновению «эффекта стресс-экранирования», когда имплантат берет на себя всю нагрузку, а соседние костные участки постепенно атрофируются", – рассказала старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории "Механика биосовместимых материалов и устройств" ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Наталия Еленская.
Сформировать искусственный аналог кости сложно: конструкция должна одновременно обеспечивать достаточную механическую прочность и оптимальную пористость для прорастания клеток и сосудов.
Существующие методы обеспечивают прочность, которая не дает оптимальных условий для прорастания клеток и сосудов. В итоге такие конструкции плохо приживаются или не полностью выполняют свои функции, что требует повторных операций и продлевает сроки реабилитации пациентов.
Новый "цифровой конструктор" представляет собой специализированную программу, позволяющую формировать 3D-объекты имплантатов на базе сложных математических моделей.
"Главная особенность технологии – возможность легко настраивать свойства конструкции под анатомические и биомеханические особенности каждого пациента. Такой подход позволяет создавать искусственные кости, которые организм воспринимает как собственные", – отметили в ПНИПУ.
Алгоритмы анализируют данные компьютерной томографии пациента, рассчитывают среднюю толщину костных перегородок и общую пористость, что обеспечивает воспроизведение микроструктуры кости в пределах заданных характеристик. Это дает возможность задавать целевые параметры под конкретную клиническую задачу и область имплантации.
"Наш подход позволяет регулировать ключевые параметры имплантата: размер и форму пор, толщину внутренних перегородок, общую плотность структуры. Это обеспечивает оптимальные условия для прорастания кровеносных сосудов и костных клеток, а также правильное распределение механической нагрузки", – пояснил заведующий научно-исследовательской лабораторией "Механика биосовместимых материалов и устройств" ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Михаил Ташкинов.
Проект прошел этап компьютерного моделирования и подготовлен к доклиническим испытаниям. Работы выполнены в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ.
Специалисты Сибирского федерального университета ранее костных имплантатов, в которой используются отходы производства, в частности рыбопереработки. Такой подход позволяет снизить зависимость от импорта сырья и уменьшить стоимость производства.