Каркасы из поликапролактона, напечатанные на 3D-принтере: оптимизация выбора материалов для конкретных задач регенерации костной ткани

Крупные костные дефекты представляют серьёзную клиническую проблему и требуют применения каркасов, сочетающих механическую стабильность с остеоиндуктивными свойствами. Поликапролактон хорошо подходит для 3D-печати, однако его низкая биоактивность требует модификации биоактивными добавками. Для улучшения свойств каркасов из поликапролактона предложены различные добавки, но их механические и биологические эффекты не сравнивали систематически. Это затрудняет выбор оптимального материала для конкретных задач. В этом исследовании сравнили действие четырёх добавок — наночастиц серебра (AgNPs), Остеогенона (OST), оксида цинка (ZnO) и стеклокерамического фосфата кальция (CaPNPs), — включённых в напечатанные на 3D-принтере каркасы из поликапролактона в концентрации 0,5 мас.%. Механические свойства, термические характеристики и биосовместимость с остеобластами оценивали с помощью испытания на растяжение, дифференциальной сканирующей калориметрии и анализа клеточных культур SaOS-2 (МТТ-тест, определение активности щелочной фосфатазы, синтеза коллагена I типа и флуоресцентное окрашивание акридиновым оранжевым или фаллоидином). Модификация ZnO значительно улучшила механические свойства: деформация до разрыва составила 834% против 658% у чистого поликапролактона, также увеличился модуль Юнга. Кроме того, жизнеспособность клеток составляла 87 и 85%. Наибольшая жизнеспособность клеток на раннем этапе отмечена при добавлении CaPNPs — 103% через 24 ч, однако различие не было статистически значимым. Все добавки не проявляли цитотоксичности: жизнеспособность клеток превышала 80%; активность щелочной фосфатазы со временем повышалась во всех группах. Для оценки возможности клинического применения необходимы дальнейшие исследования. Полученные данные позволяют выбирать добавки к каркасам из поликапролактона с учётом конкретных требований: ZnO оптимален для задач, предъявляющих высокие требования к механическим свойствам, а CaPNPs могут быть предпочтительны для ускорения интеграции клеток.