Вклад размера пор и пористости пористых каркасов из титана, изготовленных методом 3D-печати, в остеогенез

Пористые титановые имплантаты широко применяют для стимуляции формирования костной ткани. Считается, что для лучшей остеоинтеграции пористость каркаса должна составлять более 60% и/или размер пор — более 300 мкм. Однако остаётся неясным, можно ли произвольно выбирать размер пор и пористость в пределах рекомендованных значений и как соотносятся эти параметры при ускорении остеоинтеграции. В настоящем исследовании методом селективного лазерного плавления изготовили пористые титановые каркасы с кубической ячеистой структурой. Расчётная пористость каркасов с размером пор 700 мкм составляла 40, 70 и 90%; размер пор каркасов с пористостью 70% — 400, 700 и 900 мкм. Оценивали остеогенный потенциал in vitro и формирование костной ткани in vivo. Результаты показали, что пористость и размер пор можно регулировать изменением толщины перемычек, которое, в свою очередь, непосредственно определяет механические свойства каркаса. Кроме того, размер пор и пористость синергично влияли на остеогенную активность in vitro и формирование новой костной ткани in vivo. Для исследованных каркасов оптимальным размером пор, обеспечивающим наиболее выраженный остеогенный ответ и способность к формированию костной ткани, был размер около 600–700 мкм (p70). Слишком малый или слишком большой размер пор в той или иной степени препятствовал клеточным процессам и регенерации костной ткани, даже если оба параметра — размер пор (300–900 мкм) и пористость (70%) — находились в рекомендованном диапазоне. При постоянном размере пор (около 600–700 мкм) каркасы p70 и p90 с более высокой пористостью обеспечивали более выраженные биологические эффекты по сравнению с p40. Таким образом, изменение размера пор оказывало более существенное влияние на остеогенез, чем изменение пористости в пределах рекомендованного диапазона. Однако пористость в этом диапазоне следует выбирать с учётом конкретных условий нагрузки. Результаты исследования помогают проектировать пористые каркасы с оптимальными механическими характеристиками и эффективной способностью к формированию костной ткани для создания улучшенных индивидуализированных костных имплантатов.