Пористость 3D-биоматериальных каркасов и остеогенез

Пористость и размер пор биоматериальных каркасов играют критически важную роль в формировании костной ткани in vitro и in vivo. В этом обзоре представлены современные знания о взаимосвязи пористости и размера пор биоматериалов, используемых для регенерации костной ткани. Рассмотрено влияние этих морфологических характеристик на остеогенез in vitro и in vivo, а также их взаимосвязь с механическими свойствами каркасов. In vitro меньшая пористость стимулирует остеогенез, подавляя пролиферацию клеток и способствуя их агрегации. Напротив, in vivo более высокая пористость и больший размер пор обеспечивают более выраженное врастание костной ткани; этот вывод подтверждается отсутствием данных о лучших остеогенных результатах при использовании каркасов с небольшим объёмом пор. Однако такая тенденция сопровождается ухудшением механических свойств, что устанавливает верхний функциональный предел размера пор и пористости. Поэтому необходимо находить оптимальный баланс с учётом характера дефекта, скорости ремоделирования и скорости деградации материала каркаса. Согласно ранним исследованиям, минимальным считают размер пор около 100 мкм, что обусловлено размером клеток, необходимостью их миграции и транспорта веществ. Однако рекомендуются поры размером более 300 мкм, поскольку они способствуют более выраженному формированию новой костной ткани и образованию капилляров. Благодаря васкуляризации размер пор влияет на прогрессирование остеогенеза. Малые поры способствуют развитию гипоксии и вызывают остеохондральное формирование до начала остеогенеза, тогда как крупные, хорошо васкуляризированные поры обеспечивают прямой остеогенез без предшествующего образования хрящевой ткани. Для будущих исследований, посвящённых формированию нескольких тканей и тканевых интерфейсов, рекомендуется использовать градиенты размера пор. Новые технологии изготовления, например получение твердотельных конструкций свободной формы, потенциально позволяют создавать каркасы с морфологическими и механическими свойствами, более селективно адаптированными к специфическим требованиям восстановления костной ткани.