Gli scienziati della National University of Science and Technology (MISIS) hanno sviluppato un impianto osseo ibrido unico, il cui nucleo è costituito da polietilene poroso ad altissimo peso molecolare, e il guscio è fatto di polietereterchetone. Grazie alla combinazione delle proprietà uniche dei due polimeri, è stato possibile creare un impianto che imita la struttura ossea ed è ulteriormente rinforzato per aumentare la resistenza e l'elasticità. Inoltre, poiché il consumo di materiale è ridotto, il costo di un tale impianto sarà inferiore a quello degli analoghi. L'articolo sui risultati della ricerca è pubblicato su Lettere materiali .

Il polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) e il polietereterchetone (PEEK) sono tra i materiali più utilizzati in ortopedia. Ognuno di loro ha un certo insieme di proprietà, e la scelta del materiale si basa principalmente sul tipo di difetto osseo da eliminare. Così, UHMWPE è tradizionalmente utilizzato nella sostituzione articolare, e PEEK grazie alla sua maggiore forza, viene utilizzato principalmente in chirurgia spinale. Inoltre, Il PEEK è un materiale abbastanza costoso, quindi è usato meno spesso di UHMWPE.

Gli scienziati del Centro di materiali compositi (NUST MISIS) hanno applicato la tecnologia precedentemente sviluppata per la formazione di materiali biomimetici porosi e hanno condotto un'analisi comparativa sperimentale delle proprietà meccaniche di UHMWPE e PEEK modificati. Di conseguenza, hanno proposto un materiale ibrido fondamentalmente nuovo che combina le proprietà utili di entrambi i polimeri.

"Lavoriamo con UHMWPE da molto tempo. A quanto pare, PEEK è relativamente nuovo per noi. A causa del fatto che stavamo cercando di imitare la struttura ossea porosa naturale negli impianti realizzati in UHMWPE, abbiamo deciso di farlo anche con PEEK. Prossimo, abbiamo testato e confrontato le proprietà di compressione dei materiali, " ha detto Fedor Senatov, dottorato di ricerca, capo del gruppo di ricerca.

Però, l'elevata durezza del PEEK ha avuto un impatto negativo sulla modifica porosa del materiale:sebbene il PEEK abbia dimostrato buone proprietà al test di compressione, si è riscontrato che durante il taglio (e durante l'installazione dell'impianto il chirurgo è tenuto a "regolarlo" sotto il bordo del difetto) inizia a sgretolarsi. Le briciole nell'area dell'impianto sono inaccettabili, così gli scienziati hanno deciso di provare a creare un ibrido che conservasse solo le proprietà benefiche di entrambi i polimeri. Ciò è particolarmente interessante dal punto di vista dell'imitazione della struttura dell'osso stesso, perché nel nucleo (parte trabecolare) è solo più morbido, e sul guscio (parte corticale) è più duro.

"Abbiamo creato un impianto cilindrico ibrido, quale nucleo e guscio sono realizzati rispettivamente in UHMWPE morbido e poroso e in PEEK non poroso duro. I test di resistenza meccanica dell'impianto hanno mostrato che le sue caratteristiche corrispondono quasi completamente al normale osso umano:l'osso trabecolare ha modulo elastico da 0,001 GPa a 0,002 GPa, e l'UHMWPE poroso ha circa 0,002 GPa; l'osso corticale ha un modulo elastico di circa 11 GPa, e PEEK ha circa 9 GPa, " nota Alexander Chubrik, Studente del 4° anno e coautore della ricerca.

L'imitazione dell'osso umano non è l'unico vantaggio dell'impianto:inoltre, la parte porosa permetterà all'osso di "penetrare" l'impianto. Ciò significa che nel tempo, le piastre di fissaggio possono essere rimosse, e l'impianto si comporterà già come un osso. Inoltre, a causa del fatto che il consumo di PEEK diminuirà, tali impianti saranno più convenienti.

Gli scienziati procedono la ricerca in due direzioni:testano il materiale ibrido in vivo, e lavorare sulla bioceramica attaccata alla superficie dell'impianto per accelerare la rigenerazione nell'area ossea sostituita.