Создан умный имплантат для восстановления костей, нервных тканей и сосудов

Российско-китайский коллектив ученых представил биорезорбируемый имплантат на основе магнитоэлектрических наноматериалов для стимуляции роста сосудов, костной и нервной тканей, изготовленный методом 3D-печати. Технология увеличила скорость образования костной ткани в 4,6 раза и количество нервных волокон в зоне повреждения — в 3,1 раза. Электрический сигнал для стимуляции роста ткани возникает непосредственно внутри изделия под действием внешнего магнитного поля, поэтому не нужны электроды и проводные источники питания, а сам имплантат со временем растворяется в организме.

Электрические сигналы участвуют в работе нервных клеток и восстановлении тканей. Обычно для электрической стимуляции нужны электроды, которые размещают в зоне воздействия и подключают к внешнему источнику питания. Однако такая процедура инвазивна, повышает риск инфекции и требует дополнительного оборудования. Для решения этой задачи ученые предложили использовать магнитоэлектрические нанокомпозиты, которые способны индуцировать электрический заряд непосредственно внутри имплантата под действием магнитного поля.

Ученые НИТУ МИСИС и Томского политехнического университета совместно с коллегами из Шанхайского университета керамики Китайской академии наук напечатали биорезорбируемый имплантат на 3D-принтере и встроили в него магнитоэлектрические наночастицы. Изделие работает как беспроводной преобразователь: магнитное поле воздействует на наночастицы и они за счет магнитоэлектрического эффекта индуцируют электрический сигнал. Кроме того, ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами Сколтеха, ИТМО, МГУ им М.В. Ломоносова и Дагестанского государственного университета продемонстрировали новые экспериментальные возможности измерения локального электрического отклика в магнитоэлектрических нанокомпозитах и предложили новый концепт сверхбыстрого термически индуцированного магнитоэлектрического эффекта, который может быть использован для нейростимуляции. Подробные результаты представлены в научных журналах Journal of Magnetism and Magnetic Materials (Q2), Journal of Applied Physics (Q2), Rapid Research Letters (Q2) и ACS Nano (Q1).

«Серия работ, в которых опубликованы наши результаты, является результатом многолетних работ по исследованиям магнитоэлектрических нанокомпозитов различного типа (наночастицы, нановолокна и др.) как перспективных платформ для различных приложений: от нейростимуляции и регенеративной медицины до катализа. Результаты работ имеют важную научную значимость для понимания природы и основных механизмов магнитоэлектрического эффекта в наноматериалах. Большие надежды мы возлагаем на предложенный новый концепт сверхбыстрого магнитоэлектрического эффекта в композитах на основе сплава железа и родия, который требует дальнейших исследований», — сказал д.ф.-м.н., руководитель научной группы лаборатории функциональных низкоразмерных структур НИТУ МИСИС Абдулкарим Амиров.

Работы по созданию имплантата, измерению локального магнитоэлектрического отклика и исследование термически индуцированного магнитоэлектрического эффекта поддержаны грантами Российского научного фонда.