3D-печатные углеродные каркасы демонстрируют потенциал для улучшенной регенерации кости

Исследователи из IMDEA Materials Institute представили 3D-печатные углеродные микролаттисы в качестве настраиваемых каркасов для тканевой инженерии кости.

Каркасы были изготовлены из структур полиэтиленгликольдиакрилата (PEGDA), напечатанных на 3D-принтере, которые затем были преобразованы в пиролитический углерод (PyC) с помощью высокотемпературной обработки (пиролиза).

Исследование, опубликованное в Small Structures, демонстрирует, что эти каркасы сочетают механическую прочность, биосовместимость и точное геометрическое проектирование.

Ключевые особенности технологии:

• Исходные 3D-структуры PEGDA создаются послойной фотополимеризацией под УФ-светом.
• В процессе пиролиза при 500–900 °C структуры претерпевают значительное геометрическое сжатие (~80%), сохраняя исходную форму. Это позволяет достичь разрешения, сопоставимого с пористой структурой натуральной кости.
• Свойства конечного углеродного каркаса можно настраивать, меняя температуру пиролиза.

Настраиваемые свойства для регенерации:

• Высокие температуры (900 °C): Каркасы становятся более проводящими и механически прочными. Их упругость и твердость приближаются к показателям натуральной кости.
• Низкие температуры (500 °C): На поверхности PyC сохраняется больше кислородсодержащих групп, что приводит к большей метаболической активности и усиленной пролиферации клеток.

Это означает, что, варьируя параметры пиролиза, можно направлять клеточное поведение — стимулировать либо размножение клеток, либо остеогенез (формирование кости) — без дополнительных покрытий или биоактивных добавок.

Преимущества подхода:

• Сочетание технологичности, биосовместимости, механической устойчивости и настраиваемости поверхности.
• Потенциальная совместимость с МРТ-мониторингом, в отличие от металлических имплантатов.
• Альтернатива полимерным каркасам (недостаточная прочность) и керамическим (сложность обработки до нужного масштаба).

Как отметил ведущий автор доктор Монсур Ислам, это первое всестороннее in vitro исследование 3D-печатных PyC-каркасов для регенерации кости, открывающее новые возможности для использования чистого углерода в регенеративной медицине.