Исследователи Томского политехнического университета вместе с коллегами из России, Европы и Швеции разработали комплексную методику, которая может значительно улучшить качество эндопротезов для тазобедренного сустава. Их подход объединяет передовые технологии 3D-печати и нанесения специальных биосовместимых покрытий, что в перспективе позволит увеличить срок службы имплантатов и ускорить их приживление в организме. Сегодня операции по замене тазобедренного сустава проводятся все чаще, и одновременно растет число повторных вмешательств. Основные причины — это износ деталей протеза, их расшатывание и другие осложнения. К тому же большинство серийных имплантатов выпускаются в стандартных размерах, что не всегда подходит конкретному пациенту. Поэтому создание индивидуальных, «персонализированных» протезов остается одной из главных задач медицины.

Ученые использовали для этого метод электронно-лучевого спекания — одну из разновидностей 3D-печати металлом. С его помощью можно выращивать детали сложной формы, которые повторяют природные структуры, например так называемые гироидные сетки — они напоминают пористые образования, встречающиеся в костях. Такая форма помогает протезу лучше сочетаться с живой тканью и выдерживать нагрузки. В качестве материала томские исследователи выбрали не традиционные титановые сплавы с алюминием или ванадием, а более биосовместимый вариант — титан с добавлением ниобия. Этот сплав менее токсичен для организма. Однако сам по себе металл не обеспечивает идеального срастания с костью, поэтому поверхность имплантата покрывают тонким слоем фосфата кальция — вещества, очень близкого по составу к природному минералу костной ткани.

Главное новшество работы — способ нанесения такого покрытия. Вместо распространенного плазменного напыления ученые применили высокочастотное магнетронное напыление. Этот метод позволяет получить ровную, плотную и химически чистую пленку, которая прочнее сцепляется с металлом и не разрушается со временем. А чтобы усилить положительный эффект, в состав покрытия добавляли ионы магния и стронция — по отдельности или вместе. Эти элементы стимулируют рост костных клеток и улучшают взаимодействие протеза с тканью. В ходе экспериментов авторы провели детальный анализ всех полученных образцов. Используя расчеты на атомном уровне, они выяснили, что стронций практически не нарушает кристаллическую структуру покрытия и повышает его прочность, тогда как магний делает структуру более аморфной, но при этом сохраняет биосовместимость.

После этого свойства покрытий проверили в лабораторных условиях на живых клетках-предшественниках костной ткани — оценивали, как активно клетки размножаются, вырабатывают коллаген и откладывают кальций. В итоге лучший баланс прочности, устойчивости к коррозии и биологической активности показало покрытие, в которое были добавлены одновременно и магний, и стронций. Именно такое сочетание ученые считают самым перспективным для будущих ортопедических имплантатов. Разработанный подход позволяет не подбирать состав покрытия наугад, а проектировать его с заранее заданными свойствами. По мнению авторов, это дает возможность создавать протезы, которые будут лучше интегрироваться с костью, дольше служить и снижать риск повторных операций. В дальнейшем такие технологии могут стать основой для производства индивидуальных эндопротезов нового поколения.

Источник: журнал «Изобретатель и рационализатор», №4-2026