Материал и имплантат для восстановления хряща ушной раковины

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Прикладная химия

Авторы работы: ГБОУ Школа Марьина Роща

Email: Написать

Предметы: Химия

Классы: 10 класс

Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

При повреждении хряща уха вследствие травмы или болезни обычно используют биоинертные имплантаты на основе полиэтилена (ПЭ) или политетрафторэтилена (ПТФЭ), которые лишь геометрически восполняют дефект. Однако такие имплантаты не способны участвовать в восстановлении хряща, в то время как регенерация самой хрящевой ткани существенно ограничена. Для пациента же отдельной проблемой является то, что зачастую протез не индивидуализирован под него.

Цель

Разработать материал, который будет биосовместимым и биоразлагаемым, будет участвовать в процессе регенерации хряща, а также пригодным для формирования имплантата с индивидуализированной геометрией.

Задачи

Предложить способ реализации индивидуализированного подхода формирования имплантата при повреждении хряща уха.
Подобрать материал, обладающий следующими свойствами:

технологичностью (способность принимать требуемую форму);
доступностью;
биоактивностью;
биосовместимостью;
эластичностью.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Лабораторная посуда
Пластилин

Описание

В процессе выполнения работы автором была проведена серия опытов по известной методике.

1. Для удобства во всех экспериментах брали один и тот же объём дистиллированной воды – 20 мл.

2. В воду добавляли альгинат натрия массой 0,3 г на каждые 10 мл воды.

Таким образом были получены пять вариантов материала:

гель на основе альгината натрия;
гель на основе карбоксиметилцеллюлозы (СМС);
гидрогель на основе альгината натрия, физически сшитый в присутствии хлорида натрия (рисунок 1);
гидрогель на основе альгината натрия, физически сшитый в присутствии хлорида кальция;
гидрогель на основе альгината натрия, физически сшитый с карбоксиметилцеллюлозой (СМС) (рисунок 2).

Далее были выбраны образцы материалов, наиболее подходящие по вязкости и однородности: гидрогель на основе альгината натрия, физически сшитый в присутствии хлорида натрия в соотношении 1:1, и гидрогель на основе альгината натрия, физически сшитый с карбоксиметилцеллюлозой (СМС) в соотношении 2:1.

Были созданы формы ушной раковины из пластилина, в которых проходило застывание гидрогелей (рисунки 3 и 4).

Результаты работы/выводы

В качестве материала для устранения дефекта хрящевой ткани за счёт формирования индивидуализированного имплантата может быть использован гидрогель на основе альгината натрия, так как он обладает всеми необходимыми свойствами: биоактивен, технологичен, эластичен, биосовместим и доступен.

Лучше всего использовать следующие гидрогели:

на основе альгината натрия, физически сшитый в присутствии хлорида натрия в соотношении 1:1;
на основе альгината натрия, физически сшитый с карбоксиметилцеллюлозой (СМС) в соотношении 2:1.

Перспективы использования результатов работы

Автором предполагается в модифицированный гидрогель вводить клетки (мультипотентные мезенхимальные стромальные), чтобы стимулировать регенерацию хрящевой ткани. Также форму ушной раковины из пластилина планируется заменить на 3D-негатив уха, сканированного с помощью 3D-сканера, чтобы достичь индивидуализации формы.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НОЦ Биомедицинской инженерии НИТУ МИСиС