Томские ученые разработали биоактивные протезы, которые не отторгаются организмом человека.
Как известно, в медицину нанокерамика пришла из машиностроительной и авиационной промышленности. Сначала из этого материала изготавливали исключительно технические детали, но потом, изучив его свойства более подробно, ученые решили попробовать применить его и при создании протезов человеческих костей.
Первые опыты оказались удачными. Тогда к работе по созданию нанопротезов подключились многие ведущие научные институты всего мира. Не остались в стороне и сибирские ученые. Здесь над созданием имплантатов из нанокерамики на протяжении последних 10 лет трудилась целая команда специалистов: сотрудники Томского госуниверситета (ТГУ), Института физики прочности и материаловедения СО РАН, а также их коллеги из ЗАО «Биомедицинские технологии» (Москва).
«Изделия из нанокерамики можно делать как плотными, монолитными, так и пористыми. Мы создаем специальную пористую структуру, которая максимально приближена к природной кости, и фактически ею можно заменить любую кость в организме. В качестве материала используем оксиды циркония, алюминия или их смеси. Они безопасны для организма, входят в международный реестр ISO», — рассказал в интервью вузовской газете заведующий кафедрой прочности и проектирования физико-технического факультета ТГУ Сергей Кульков.
Впрочем, сразу взять и установить такой протез на место утраченной или поврежденной кости нельзя. Важно наделить керамику такими свойствами, которые помогут «внедрить» ее в организм без дальнейшего отторжения. Ведь если свойства керамики и кости будут сильно различаться, то может получиться, что организм не примет чужеродный материал, и кость, вместо того, чтобы прорастать в него, начнет разрушаться.
Этим физики занимаются совместно с химическим факультетом ТГУ, в частности, кафедрой высокомолекулярных соединений и нефтехимии и лабораторией каталитической химии. Здесь разрабатываются специальные покрытия, которые наносятся на поверхности внутри пор. Состав покрытия влияет на его свойства. Например, можно сделать так, чтобы керамическая кость смачивалась одной жидкостью и не смачивалась другой, реагировала на одни препараты и была инертна к другим.
На следующем этапе к созданию нанопротезов уже подключаются медики и биологи. Последние высеивают на поверхность керамических образцов клетки и наблюдают за их размножением. Если клетки чувствуют себя хорошо и активно начинают вырабатывать кальций-фосфатные соединения, то такой материал имеет все шансы стать заменителем природной кости.
К настоящему времени томские ученые уже изготовили из нанокерамики протезы мелких суставов (пальцев кисти и ноги) и провели их доклинические испытания.
«Материал успешно прошел тестирование на токсичность и на интеграцию с костью животных (кроликов). Сейчас мы с нашими коллегами в стадии получения разрешения Минздрава на проведение клинических испытаний, после чего уже можно будет запускать массовое производство нанопротезов», — уточнил Interfax-Russia.ru Сергей Кульков.
По его словам, основное преимущество томских нанопротезов перед зарубежными аналогами состоит в их пористой структуре. Именно благодаря ей при вживлении в кость керамика из биоинертной становится биоактивной – то есть, не воспринимается организмом как инородное тело.
«Если аналог – это такой монолит, то мы делаем пористость и, так называемую, градиентную структуру, которая меняет свойства в зависимости от расстояния от поверхности. Это помогает сохранить прочность протеза и сделать его максимально подобным костному матриксу (по структуре, механическим свойствам). Причем из этого материала можно делать абсолютно любые кости», — пояснил ученый.
Кроме того, томские имплантаты выгодно отличаются от зарубежных аналогов и по цене.
«Создавать керамические кости по нашей технологии намного дешевле, чем приобретать протезы за рубежом. Тем более, что по своей структуре и свойствам они уникальны», — отметил Кульков.
Научные разработки в этом направлении ведутся и в соседних сибирских регионах. К примеру, в Красноярске недавно создали уникальные керамические зубные протезы из полевого шпата.
«Сначала с помощью специального оборудования шпат измельчается, к нему в определенных соотношениях добавляются микродобавки оксидов различных металлов (оксид цинка, алюминия, бария), после чего полученный состав отправляется в печку, где спекается при температуре 1450-1500 градусов. В результате получается керамическая фритта, которая после охлаждения снова измельчается до наноразмеров (от 30 до 100 микрон) в специальных аппаратах. Полученный порошок смачивается водой и наносится на титановый каркас и снова запекается в вакуумной печке», — рассказал Interfax-Russia.ru заместитель директора по научной работе медицинского лечебно-профилактического центра по проблеме сахарного диабета, доктор медицинских наук Михаил Звигинцев.
Ученый подчеркнул, что созданная красноярскими специалистами керамика из полевого шпата на сегодняшний день является единственным в мире материалом, который можно нанести на титановые протезы.
«Особенно радует тот факт, что проблемы с нехваткой данного минерала вряд ли возникнут. Мы используем полевой шпат из красноярских месторождений. Также его можно найти в Хакасии и в Саянах», — отметил Звигинцев.
Преимущество нового зубного протеза перед аналогами в том, что установить его можно любому пациенту. Титановый имплантат хорошо приживается и не доставляет человеку никакого беспокойства, что особенно важно при протезировании ослабленных пациентов, людей, склонных к аллергии, больных диабетом.
Также любопытную разработку — миниатюрные биметаллические имплантаты для фиксации кости при лечении переломов — представили и иркутские ученые.
«Живя в век высоких технологий и скоростей, мы постоянно сталкиваемся с высокоэнергетическими травмами. В результате катастроф, ДТП характер травм обычно очень тяжелый, у человека может быть повреждено сразу несколько сегментов. Несмотря на то, что в современной травматологии создаются новые металлоконструкции, фиксаторы, процент осложнений после операции и выход на первичную инвалидность остается на высоком уровне», — рассказал врач травматолог-ортопед Научного центра реконструктивной и восстановительной хирургии (НЦРВХ) СО РАМН Иван Усольцев.
В связи с этим, по словам травматолога, появилась необходимость создать принципиально новую конструкцию, позволяющую пациенту легче пройти реабилитацию и поскорее вернуться к полноценной жизни. На основе законов медицинского материаловедения и достижений науки по электростимуляции процесса заживления сибирские специалисты создали специальный имплантат, ускоряющий процесс регенерации. Такого эффекта удалось добиться, в том числе, и за счет технологии выполнения изделия.
«В современной травматологии практически все костные фиксаторы выполняются из титана. Мы также использовали титан для создания своей экспериментальной конструкции. Однако технологическая изюминка нашей конструкции состоит в том, что, технологически дополнив имплантат, мы планируем изменить характеристики титана и заставить его активно взаимодействовать с костной тканью, активировать процессы заживления. На основе этой модели попытаемся воздействовать на процесс регенерации», — пояснил врач.
