Исследователи из НИТУ "МИСиС" совместно с коллегами из Российского онкологического научного центра имени Н.Н. Блохина и Государственного завода медицинских препаратов научились создавать высокоточные имитации структуры костной ткани, что дает возможность обеспечивать полную замену костного дефекта, инициировать процессы регенерации костей и сохранять функциональные возможности конечностей. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Materials Science and Engineering.
Костная ткань обладает естественной способностью к регенерации, но в случае больших повреждений она не всегда может восстановиться полностью. Частичная замена костей, разрушенных из-за онкологических заболеваний, травм или хирургического вмешательства, остается важной задачей медиков. Как отмечается в пресс-релизе МИСиС, только в России ежегодно проводится более 70 тыс. операций по восстановлению целостности поврежденной костной ткани.
"В мировой практике используется несколько способов реконструкции трубчатых и плоских костей. Для восполнения дефектов костей используют аутологичные имплантаты (кости самого пациента), аллографты (донорские кости), автоклавированные или обработанные жидким азотом резецированные участки костей, пораженных новообразованиями, и металлоостеосинтез с использованием модульных крепежных элементов, - рассказал "+1" профессор Михаил Киселевский, руководитель лаборатории клеточного иммунитета НИИ экспериментальной диагностики и терапии опухолей ФГБУ "РОНЦ им. Н.Н. Блохина". - Инновационным направлением является получение индивидуализированных протезов с использованием технологий 3D-печати, позволяющих с определенной степенью точности воспроизводить анатомические особенности костей конкретного пациента. Однако этот метод в мире широко не используется из-за высокой стоимости протезов и ограниченного выбора материалов для формования матрикса".
По мнению создателей имплантатов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, их разработка открывает большие перспективы в восстановительной медицине и может преодолеть ограничения, существующие у их аналогов (хрупкость, слабая или медленная интеграция с костью реципиента, риск инфицирования). По показателям "прочность" и "масса" изделия из сверхвысокомолекулярного полиэтилена превосходят сталь.
Однако чрезвычайно высокая молекулярная масса полимера не позволяла ранее использовать традиционные методы создания пористой структуры, имитирующей кость (обычно ее создают путем вспенивания).
Ученым из МИСиС удалось имитировать сложную структуру губчатой костной ткани путем создания многослойных каркасов со сплошным внешним и пористым внутренним слоем.
"Первый слой - сплошной, он имитирует кортикальную кость для обеспечения механической прочности. Внутренний слой имеет поры определенного размера, поэтому может быть колонизирован клетками реципиента, чтобы ускорить срастание с окружающими тканями и обеспечить прочную фиксацию имплантата в зоне дефекта", - пояснил руководитель работ, научный сотрудник Научно-исследовательского центра композиционных материалов НИТУ "МИСиС", кандидат технических наук Федор Сенатов.
На первом этапе ученые испытали токсичность и биологическую активность материала на клетках человека и животных in vitro (тесты "в пробирке", вне живых организмов), что позволило отобрать для дальнейшей работы биосовместимые образцы. Следующий этап исследования был посвящен испытаниям на животных. Образцы имплантировали в искусственно сформированные дефекты костей конечностей мышей и крыс.
Как рассказал профессор Киселевский, пористая часть биоимплантата интенсивно прорастает тканями и сосудами. За счет этого уже к концу второй недели после внедрения в организм имплантат плотно зафиксирован. В процессе наблюдения за лабораторными животными, которым были имплантированы биоинженерные конструкции, отторжения и хронического воспаления отмечено не было.
"В настоящее время проводится наблюдение за собакой, которой был возмещен биоимплантатом дефект локтевой кости. На данный момент у собаки отсутствуют признаки воспаления или отторжения; подвижность и опороспособность оперированной конечности практически не отличаются от аналогичных характеристик здоровой лапы", - отметил ученый.
Материал предоставлен проектом "+1".